基于静液压系统的六自由度机械臂的控制研究

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近些年,许多机器人技术应用中,普遍需要具有大承载能力、重量轻和能够对其环境施加特定力且系统造价相对便宜的特点。本文以静液压系统为基础开发六自由度液压机械臂,开展运动学分析和关节位置的控制两方面的研究。其进一步提高了机械臂的负载能力,提高了六自由度液压机械臂轨迹跟踪能力。首先,根据静液压系统设计关节液压驱动部分,参考非球形手腕的构型设计手腕侧端偏置的六自由度液压机械臂结构。基于Stm32H7设计六自由度液压机械臂的实时控制系统,基于ST的PowerSTEP01的驱动芯片开发下位机电控系统。其次,对六自由度液压机械臂进行正运动学分析,采用蒙特卡洛法对六自由度液压机械臂末端进行工作空间的分析,采用矢量积构造法求解机械臂的雅可比矩阵。针对六自由度液压机械臂逆运动学求解带来的问题,提出了一种基于闭环的阻尼最小二乘法求解方法。此方法通过动态的调整阻尼系数,提高了雅可比矩阵的求解稳定性,避免了其出现奇异点。通过添加优化目标函数,保证六自由度机械臂的各个关节工作范围在规定范围内。基于闭环的求解思路对算法进行优化,提高了机械臂逆运动求解的精度。最后,针对静液压系统具有强非线性和系统参数不确定性等特点,建立静液压系统控制数学模型,提出基于L1自适应控制算法,分析其算法暂态和稳态性能。采用Matlab仿真平台,验证所提方法的有效性。
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