冗余驱动并联机器人动力学建模与控制研究

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并联机器人由多条运动支链组成,其精度、刚度等方面优于串联机器人,在工业中得到了广泛的应用。但是由于其结构的复杂性,且各支链间存在非线性强耦合的关系,加上奇异位形的存在,限制了并联机构最大限度地发挥作用。冗余自由度机器人,特别是冗余驱动的提出对消除并联机构的奇异位形,改善机构的运动学性能与动力学性能方面具有重要意义。本文以二自由度平面冗余驱动并联机器人模型为研究对象,从基于螺旋理论的运动学性能分析、基于Kane方法的动力学模型建立以及动力学性能分析和机器人控制器设计三个主要方面做了深入研究。  螺旋理论在作机构运动学分析方面比较简洁,明了。利用螺旋理论分别建立机构自由度计算的一般公式以及非冗余机构与冗余机构雅可比矩阵,画出机构运动性能的两个评价指标即机构刚度与灵巧性随时间的变化曲线,可知冗余机构有利于改善机构的运动学性能。  利用Kane方程建立二自由度平面冗余驱动并联机器人的动力学模型,基于该模型,采用拉格朗日乘子法从静态和动态两方面对主动关节的驱动力矩进行优化,并通过 Matlab仿真的形式,验证此种优化方法的正确性,为平面二自由度冗余驱动并联机器人的控制器设计提供理论基础。  本文在研究已有的传统控制方法与现代智能控制方法的基础上,提出了自适应滑模同步控制方法。与传统的方法作轨迹跟踪仿真实验比较,以验证所提出方法的有效性。
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