柔性关节机器人跟踪控制方法研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2柔性关节机械人的研究状况

1.3切换控制简介

1.4本文组织结构

第二章模型及方法

2.1模型的建立

2.2 Backstepping方法

第三章柔性关节机器人鲁棒自适应切换控制

3.1引言

3.2控制策略

3.3鲁棒跟踪控制

3.3.1鲁棒控制方法简介

3.3.2鲁棒控制器设计

3.3.3仿真分析

3.4自适应跟踪控制

3.4.1自适应控制方法简介

3.4.2自适应控制器设计

3.4.3仿真分析

3.5切换控制策略

3.5.1切换律设计

3.5.2仿真分析

3.6本章小结

第四章柔性关节机器人运动受限跟踪控制

4.1引言

4.2运动受限控制器设计

4.3仿真分析

4.4本章小结

第五章结论和展望

5.1本文结论

5.2未来研究方向

参考文献

致谢