基于约束优化的双臂机器人协调控制研究

摘要

近年来，随着机器人技术的发展，双臂机器人逐渐成为研究的热点并受到广泛的关注。由于在实际应用中，双臂机器人系统存在输入非线性约束，且受到外部扰动和建模误差的影响，其精确的跟踪和控制成为一个具有挑战的课题。因此，本文针对双臂机器人系统中的控制和约束优化问题进行了深入的研究，并通过仿真实验对提出的算法进行了验证。
　　本文首先运用D-H方法建立双臂机器人运动学模型，应用拉格朗日动力学方程建立单机械臂动力学模型和物体动力学模型。并通过分析机械臂末端执行器和目标物体之间的相互作用力，构建了内力模型。根据双臂机器人协调操作过程中的约束关系，建立了双臂机器人闭链系统的动力学模型。
　　然后介绍了模糊控制的基本理论和控制方法，分析了多输入多输出模糊逻辑系统逼近未知的连续非线性函数的过程。相比于传统控制方法，模糊逻辑系统能够在未知被控对象的精确数学模型的情况下实现良好的控制，为机器人控制器的设计提供了有效的工具。
　　其次，针对双臂机器人与物体组成的闭链系统，采用了一种自适应模糊控制方法，并针对系统建模误差和外部扰动设计控制器。利用Lyapunov稳定性分析理论证明了系统的稳定性。该方法可以较好的在外部干扰下使目标物体跟踪参考轨迹，具有良好的鲁棒性，仿真验证了该方法的有效性。
　　最后，针对系统输入中存在的非线性约束，研究了一类基于自适应逆模块的双臂机器人协调控制方法，并设计了自适应模糊控制器。采用自适应死区逆模块的模糊逻辑系统，能有效的消除非对称死区的影响，提高控制的精度。仿真实验说明系统能够在存在输入死区和外部扰动的情况下达到较好的跟踪效果，具有一定的鲁棒性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 双臂机器人国内外研究现状

1．3 双臂机器人协调控制研究方法

1．3．1 双臂机器人协调控制

1．3．2 双臂机器人控制方法

1．3．3 带有非线性约束系统的控制方法

1．3．4 稳定性分析方法

1．4 本文主要研究内容

第二章 双臂机器人协调操作基础理论

2．1 引言

2．2 双臂机器人运动学模型

2．3 双臂机器人动力学模型

2．3．1 操作臂动力学方程

2．3．2 物体动力学方程

2．3．3 内力分析

2．3．4 双臂机器人闭链系统动力学建模

2．4 本章小结

第三章 模糊控制与自适应模糊逻辑系统

3．1 引言

3．2 模糊控制基本理论

3．2．1 模糊集合与隶属度函数

3．2．2 模糊控制原理

3．2．4 万能逼近定理

3．3 自适应模糊逻辑系统

3．4 本章小结

第四章 双臂机器人自适应模糊控制

4．1 引言

4．2 控制问题描述

4．3 控制器设计

4．3．1 自适应控制器

4．3．2 基于自适应模糊逻辑系统的双臂机器人控制器

4．4 稳定性分析

4．5 仿真实验

4．5．1 参数设计

4．5．2 仿真结果

4．6 本章小结

第五章 带约束的双臂机器人自适应模糊控制

5．1 引言

5．2 非线性约束

5．2．1 输入死区

5．2．2 基于死区逆模型的补偿方法

5．3 基于死区逆模型的自适应模糊控制器设计

5．4 稳定性分析

5．5 仿真实验

5．5．1 参数设计

5．5．2 仿真结果

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢