柔性关节机器人跟踪控制方法研究

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在许多机器人的应用领域,如喷漆,磨削,修边等任务中,机器人关节的柔性是一类不容忽视的因素。如不考虑机器人的柔性,可能会造成系统不稳定,或设备的损坏,所以柔性关节机器人的控制研究具有很现实的意义。 本文以柔性关节机器人为控制对象,围绕柔性关节机器人位置跟踪控制问题而进行研究。主要工作如下: 先介绍柔性关节机器人的特点、模型和研究现状,以及切换控制,鲁棒控制,自适应控制,backstepping方法等相关预备知识,然后提出本文所研究的柔性关节机器人的数学模型,并利用这些控制方法进行控制器设计。 首先设计位置跟踪控制器,主要采用鲁棒自适应切换控制方法。控制器由鲁棒控制器和自适应控制器两个组成。先分析鲁棒控制和自适应控制方法各自的优缺点,在此分析的基础上用鲁棒控制方法加反步法设计了跟踪控制器,主要是针对具有系统参数不确定,且参数有界的情况,基于Lyapunov理论设计控制器。然后再设计自适应控制器,同样也基于反步法设计跟踪控制器。通过对参数估计,获得了比较好的跟踪控制效果。最后,综合两控制器优点进行切换控制,并对控制器进行了切换律的设计和仿真。 在以上研究的基础上考虑运动受限情况,研究运动受限制情况下设计位置跟踪控制器。先分析受限情况,将其分为自由运动部分和受限部分,然后应用反步法设计跟踪控制器,仿真验证了本文方法的有效性。 最后总结全文,指出所研究问题的不足之处,以及对未来研究方向进行了展望。
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