6-PRRS并联机器人运动控制方法的研究

摘要

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’Alembert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。

目录

6-PRRS并联机器人运动控制方法的研究

RESEARCH ON MOTION CONTROL OF 6-PRRS PARALLEL ROBOT

摘要

Abstract

绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外并联机器人研究现状及分析

1.2.1 并联机器人的特点

1.2.2 国内外并联机器人的发展和研究现状

1.3 课题研究内容

1.3.1 本课题采用的机器人类型

1.3.2 本课题主要研究内容

第2章 6-PRRS并联机器人运动分析及轨迹规划

2.1 6-PRRS并联机器人位置逆解

2.2 雅可比矩阵的计算

2.2.1 基于符号运算的微分构造法

2.2.2 矢量构造法

2.3 轨迹规划研究

2.3.1 梯形轨迹规划

2.3.2 S速度曲线规划

2.3.3 多轴协调运动

2.4 本章小结

第3章 6-PRRS并联机器人动力学分析

3.1 6-PRRS并联机器人各构件的雅可比矩阵

3.1.1 动平台的雅可比矩阵

3.1.2 滑块的雅可比矩阵

3.1.3 构件Di的雅可比矩阵

3.1.4 构件Ui的雅可比矩阵

3.2 基于牛顿欧拉法的动力学分析

3.3 本章小结

第4章 自抗扰控制研究

4.1 自抗扰控制器ADRC的设计

4.1.1 非线性跟踪微分器的设计

4.1.2 扩张状态观测器的设计

4.1.3 非线性PD控制

4.1.4 扰动补偿

4.2 遗传算法整定PID参数

4.2.1 基于遗传算法的PID整定原理

4.2.2 基于实数编码遗传算法的PID整定

4.3 数值仿真与分析

4.4 本章小结

第5章 基于神经网络的并联机器人控制研究

5.1 基于CMAC与PD的并行控制

5.1.1 CMAC神经网络的基本原理

5.1.2 CMAC与PD复合控制算法

5.2 基于CONN复合正交神经网络与PD的复合控制

5.2.1 CONN的基本原理

5.2.2 CONN与PD的复合控制

5.3 本章小结

第6章 6-PRRS并联机器人实验研究

6.1 引言

6.2 实验系统的建立

6.3 实验分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢