移动机械臂轨迹跟踪控制的研究

摘要

移动机械臂是由移动平台和固定在其上的机械臂组成的机器人系统。该系统具有操作空间大，操作灵活的优点，现已被广泛应用于工业生产、深海开发和家庭服务等领域。然而在移动机械臂跟踪控制过程中，移动平台的非完整性、系统动力学模型的不确定性、外界干扰和未建模动态等因素都会影响系统的性能。因此，对这类系统的轨迹跟踪控制问题进行研究具有重要的意义。
　　本文针对移动机械臂的轨迹跟踪控制问题，作了如下研究工作:
　　1.在分析系统动力学特性的基础上，结合非完整轮式移动机器人动态约束的特点，建立了移动机械臂的运动学模型和动力学模型，为移动机械臂的轨迹跟踪控制提供了合理的模型依据。
　　2.针对移动机械臂轨迹跟踪过程中存在的干扰，设计了一种基于扩张状态观测器的跟踪控制器，对系统干扰进行估计和补偿，从而消除干扰对系统性能的影响，并保证了移动机械臂在任务空间中对参考轨迹的渐近跟踪。
　　3.针对移动机械臂模型的不确定性和有界干扰问题，提出了一种自适应滑模控制方法。通过在滑模控制器中加入自适应律，对系统的不确定性和干扰进行估计，保证了系统的稳定性，同时改善了系统的动态性能。
　　4.研究了移动机械臂在动力学参数全部未知时的轨迹跟踪控制问题。通过移动机械臂的运动学模型设计了一种运动学控制器，进而根据系统的分散动力学模型设计了一种基于Lyapunov理论的鲁棒控制器，实现了系统速度和位置的跟踪。
　　最后，对本文所做的工作进行总结，并给出后续工作的展望。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 移动机械臂的发展概况

1．2．1 国外移动机械臂的发展

1．2．2 国内移动机械臂的发展

1．3 移动机械臂控制技术的研究概况

1．3．1 移动机械臂控制的研究方向

1．3．2 移动机械臂轨迹跟踪方法综述

1．4 本文研究内容和结构安排

第2章 轮式移动机械臂模型构建与分析

2．1 引言

2．2 轮式移动机器人的数学模型

2．3 轮式移动机械臂的数学模型

2．3．1 轮式移动机械臂结构图

2．3．2 轮式移动机械臂动力学模型的推导

2．4 本章小结

第3章 基于扩张状态观测器的移动机械臂轨迹跟踪控制

3．1 引言

3．2 问题描述

3．3 控制器设计

3．3．1 非线性PID控制器设计

3．3．2 扩张状态观测器设计

3．4 仿真结果分析

3．5 本章小结

第4章 基于自适应滑模的移动机械臂轨迹跟踪控制

4．1 引言

4．2 滑模控制器设计

4．3 自适应滑模控制器设计

4．4 仿真结果分析

4．4．1 滑模控制的仿真

4．4．2 自适应滑模控制的仿真

4．5 本章小结

第5章 基于Lyapunov理论的移动机械臂鲁棒跟踪控制

5．1 引言

5．2 系统Lyapunov函数

5．2．1 移动平台的运动学控制器

5．2．2 移动平台的Lyapunov函数

5．2．3 机械臂的Lyapunov函数

5．2．4 移动机械臂的Lyapunov函数

5．3 系统鲁棒控制器的设计

5．4 仿真结果分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果