含铰间隙机械臂末端位姿精准运动控制的研究

摘要

近半个世纪来机器人技术发展非常迅速，工业机器人已在工业生产中得到了广泛的应用。然而在需要精准控制的医疗手术机器人和太空探索的空间机器人等领域，铰间隙对于机械臂末端位姿的误差就精准控制来说还是有很大的影响，严重情况下会导致执行作业的重大失误。
　　本文首先通过D-H法建立简单的空间不含间隙和含间隙的机械臂运动学模型，通过分析比较两种运动学模型的方程可以得出铰间隙对于机械臂末端位姿的误差影响，针对误差分析后主要对水平转动角度和末端关节的转动角度进行补偿控制。然后在Solidworks中建立其物理模型并利用Motion对其进行运动仿真，给定三个关节的转动角度可以观察出两种模型的末端位姿各分量的值以及误差。其次，依据运动学模型以及运动仿真对误差的分析，设计两个模糊控制器补偿末端位姿误差。其中主要通过对输入量和输出量的几何关系以及多次运动仿真的实验数据建立了相关的隶属度函数分布和模糊控制规则。最后，在MATLAB中的Simulink中建立了模糊控制器的相关仿真模型，仿真中的输入采用的是模拟的位姿误差信号和关节输入角度，输出为角度补偿量。经过仿真后可以得出相应模糊控制器的补偿输出，对控制输出的数据进行插值法提取部分的数据点。根据相应的输入关节角度可提取相应的补偿角度，利用Solidworks进行运动仿真后分别制作出误差对比表格以及误差对比图。通过图表可知，在末端位姿的 x、y方向上的误差有了一定的减小，控制效果较好，而在z方向上的误差有很好的补偿效果，模糊控制器的设计基本达到了对末端位姿误差的补偿效果。

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引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 机械臂研究现状

1.3 机械臂控制的研究进展

1.4 模糊控制

1.5 本文的研究内容及意义

2 机械臂运动学模型的建立以及运动学仿真

2.1 概述

2.2 运动学模型的建立

2.3 SOLIWORKS中三维模型的建立及仿真

2.4 本章小结

3 模糊控制器的设计

3.1 引言

3.2 模糊控制策略

3.3 模糊控制器的设计

3.4 本章小结

4 系统仿真分析

4.1 Simulink仿真工具介绍

4.2 仿真模型的搭建

4.3 仿真结果

4.4 在Solidworks中补偿运动仿真

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 本文创新点

5.3 未来展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论著与参与科研项目

A：发表的学术论文

B：参与的科研工作