轮式移动机械臂的位置/力控制研究

发布时间：2025-05-05 04:05

　　随着自动化技术和信息化技术的不断发展和融合,机器人产业得到了迅猛的发展。与此同时,对于机器人控制的理论研究也逐渐成为热点课题。在机器人位置/力的控制方面,相比于研究中常见的固定基座机械臂模型,轮式移动机械臂模型有着工作空间更广、运动更加灵活等特点。本文以轮式移动机械臂为研究对象,考虑实际运动情况,针对其可能遇到的三种非线性:柔性关节、关节死区和动态约束,同时考虑建模误差、模型参数未知和电机模型存在干扰等影响,分别对系统进行分析并设计了相应的控制方案。针对柔性关节下轮式移动机械臂的控制问题,首先将柔性关节简化为线性扭转弹簧模型,建立了带柔性关节的系统动力学模型。然后考虑建模误差的影响,对建模误差进行自适应估计,设计了一种鲁棒自适应控制策略,保证位置误差收敛,力误差有界。接着,考虑柔性关节模型中电机转动惯量未知的情况,通过对电机转动惯量进行自适应估计,设计了改进的鲁棒自适应控制策略。理论分析证明所设计的控制方案可以很好地补偿柔性关节的影响。针对关节死区下轮式移动机械臂的控制问题,首先对电机死区模型进行处理,给出了控制器输出力矩和关节驱动力矩的关系。然后根据降维后的系统动力学模型,设计死区宽度...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机械臂的发展概况
        1.2.2 机械臂控制的研究概况
        1.2.3 移动机械臂的发展概况
        1.2.4 机械臂非线性现象的研究概况
    1.3 论文的主要研究内容
第2章 预备知识
    2.1 数学基本知识
    2.2 控制理论基本知识
    2.3 非完整约束基本知识
    2.4 本章小结
第3章 轮式移动机械臂的建模
    3.1 运动学建模
        3.1.1 移动基座的运动学建模
        3.1.2 车载机械臂的运动学建模
        3.1.3 轮式移动机械臂的运动学建模
    3.2 动力学建模
        3.2.1 拉格朗日方程建模法
        3.2.2 轮式移动机械臂的动力学建模
        3.2.3 轮式移动机械臂动力学模型的性质
    3.3 轮式移动机械臂动力学模型的降维
    3.4 本章小结
第4章 柔性关节轮式移动机械臂位置/力控制
    4.1 问题描述
    4.2 柔性关节鲁棒自适应控制器设计
        4.2.1 模型分析
        4.2.2 控制律设计
        4.2.3 仿真分析
    4.3 改进的柔性关节鲁棒自适应控制器设计
        4.3.1 问题分析
        4.3.2 控制律设计
        4.3.3 仿真分析
    4.4 本章小结
第5章 带关节死区的轮式移动机械臂位置/力控制
    5.1 问题描述
    5.2 带死区关节的自适应控制器设计
        5.2.1 死区补偿器分析
        5.2.2 控制律设计
        5.2.3 仿真分析
    5.3 改进的带死区关节的鲁棒自适应控制器
        5.3.1 问题分析
        5.3.2 控制律设计
        5.3.3 仿真分析
    5.4 本章小结
第6章 动态约束下的轮式移动机械臂位置/力控制
    6.1 问题描述
    6.2 动态约束下的鲁棒控制器设计
        6.2.1 动态约束分析
        6.2.2 控制器设计
        6.2.3 仿真分析
    6.3 动态约束下考虑电机模型的控制器设计
        6.3.1 问题分析
        6.3.2 控制器设计
        6.3.3 仿真分析
    6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：4043098