高速、高精度三轴并联机器人可拓自适应控制技术的研究

摘要

随着我国工业的不断发展，对机器人速度和精度提出了越来越高的要求。比如，食品、电子、机械等行业在进行产品包装、零件分拣时就需要执行机构以高速、高点位精度来完成。然而，在高速、高点位精度的情况下，由于并联机构自身闭链约束结构和惯性等因素的影响，采用传统的控制方法，使得并联机器人末端执行器很难达到精度要求，要想很好的对高速、高精度三轴并联机器人进行控制，就要求其控制系统能够进行在线决策，在线控制。
　　 本文利用自适应控制技术对不确定性系统自行调整参数好，可拓控制善于处理快时变和突变性问题好的特点，将其有机的结合起来，对高速、高精度三轴并联机器人进行智能控制。
　　 本文主要研究内容如下:
　　 1.通过对国内外三轴并联机器人控制技术的研究，针对本课题主要研究内容，提出采用可拓自适应控制方法对高速、高精度三轴并联机器人进行可拓自适应控制。
　　 2.通过对并联机器人动力学建模与智能控制技术的学习研究，利用自适应控制技术对不确定性系统自行调整参数好，可拓控制善于处理快时变和突变性问题好的特点，将两个控制方法有机的结合，构建了一种新型的可拓自适应控制算法。
　　 3.对控制系统硬件结构进行规划和设计，以PC+运动控制卡为控制硬件结构,结合课题功能，对运动控制卡与伺服驱动器之间的接口进行配置，设计了高速、高精度三轴并联机器人可拓自适应控制硬件系统。
　　 4.为了验证该理论的可行性和可靠性，本文利用Simulink函数构建了高速、高精度三轴并联机器人开拓自适应控制模型，将可拓自适应控制方法与计算力矩法对三轴并联机器人的控制性能进行比较分析，仿真结果表明，在低速情况下，两种控制方法的控制效果相差不大;但是在高速情况下，可拓自适应控制方法的控制效果及精度明显优于计算力矩法。
　　 本课题的创新点如下:
　　 (1)针对并联机器人具有高度非线性、强耦合和快时变的特点，利用可拓控制善于处理不可预见的、快时变和突变性问题，将可拓控制与自适应控制相结合，构建出了一种新型的并联机器人的控制方法。
　　 (2)将可拓自适应控制与并联机器人的动力学模型相结合，利用simulink函数构建出了基于可拓自适应控制的并联机器人的仿真系统模型。通过仿真实验验证了该控制方法在高速运动情况下，与传统控制相比较具有控制效果好、轨迹精度高等特点。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 高速并联机器人研究现状

1.2.2 并联机器人的动力学建模研究现状

1.2.3 可拓控制技术的研究现状

1.3 本章主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 三轴并联机器人动力学建模基础

2.1 引言

2.2 三轴并联机器人结构与原理

2.3 并联机器人动力学建模基础

2.3.1 拉格朗日(Lagrange)函数

2.3.2 Euler-Lagrange方程

2.3.3 闭链约束方程

2.3.4 约束力消除

2.4 3-DOF并联机器人的动力学建模

2.5 本章小结

第三章 可拓自适应控制系统设计

3.1 引言

3.2 可拓控制理论基础

3.2.1 可拓控制的概念

3.2.2 可拓控制的基本内容

3.2.3 可拓机器人控制可行性的研究

3.3 可拓自适应控制器的设计

3.3.1 可拓控制器的结构

3.3.2 可拓自适应控制系统设计

3.3.3 基本可拓自适应控制器

3.3.4 上层可拓自适应控制器

3.4 本章小结

第四章 伺服控制系统的设计与实现

4.1 引言

4.2 并联机器人控制系统设计

4.2.1 并联机器人控制方案设计

4.2.2 并联机器人控制系统硬件结构

4.3 接口设计

4.4 本章小结

第五章 可拓自适应控制系统仿真

5.1 引言

5.2 并联机器人Simulink仿真的基本过程

5.3 计算力矩控制器

5.3.1 三轴并联机器人动力学模型

5.3.2 并联机器人计算力矩控制系统设计

5.3.3 基于计算力矩控制器的并联机器人控制系统仿真

5.4 可拓自适应控制器

5.4.1 基于可拓自适应控制器的并联机器人控制系统仿真

5.4.2 两种控制器控制性能比较

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢