6-PRRS并联机器人运动控制方法的研究

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并联机器人具有刚度好、结构稳定、承载能力强、运动精度高等特点,并且并联机构的逆解容易,利于机器人的在线实时计算,因此并联机构的出现,弥补了串联机器人的缺点,扩大了机器人的应用范围。本文对6-PRRS并联机器人运动控制的各个方面进行了深入的探讨和研究。首先建立了6-PRRS并联机器人的运动学模型,对位置逆解的选取进行了简化,方便了计算。对于6-PRRS并联机器人的雅可比矩阵,分别使用了基于符号运算的微分构造法和矢量构造法进行求解,并验证了两种方法的正确性。根据运动学分析结果,对并联机器人轨迹规划问题进行了研究,包括梯形轨迹规划和S速度轨迹规划。并对并联机器人的六轴协调运动进行了分析,得出了在这两种轨迹规划下的滑块运动曲线,为6-PRRS并联机器人运动的实时控制奠定了基础。动力学模型是实现并联机器人动力学控制的前提。本文对6-PRRS并联机器人的动力学进行了分析,分别计算了各个构件的雅可比矩阵,得出了114阶的系统雅可比矩阵;然后利用牛顿-欧拉法详细推导了6-PRRS并联机器人的动力学方程,结合D’A lembert原理求出了6个主动关节的驱动力。在控制策略研究方面,本文采用分散控制策略实现6-PRRS并联机器人的轨迹跟踪控制。首先,在关节空间设计了简单易行的强鲁棒性自抗扰控制器(ADRC),包括非线性跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、非线性PD(N-PD)和扰动补偿四个部分。并与传统PD控制进行了对比,显示了良好的控制性能。然后,利用神经网络控制智能化的特点,在关节空间设计了CMAC+PD复合控制和CONN+PD并行控制两种策略,进行了对比仿真研究。其中神经网络控制器实现前馈控制,实现被控对象的逆动态模型;常规控制器实现反馈控制,保证系统的稳定性,且抑制扰动。最后建立了实验系统,完成了实验分析,实现了6-PRRS并联机器人的运动控制。
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