液压六自由度并联机器人运动控制研究.doc

液压六自由度并联机器人运动控制研究 【中文题名】 液压六自由度并联机器人运动控制研究 【英文题名】 Research on Kinematic Control of Hydraulic Parallel Robot with Six Degrees of Freedom 【中文摘要】 并联机器人具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等特点，在应用上与串联机器人呈互补关系，已经成为机器人领域的研究热点。目前，并联机器人已经在航天、航空、海底作业、地下开采、制造业、计算机辅助医疗设备、生物工程以及微机电系统等方面有着广泛而重要的应用。 然而，尽管在并联机器人实际应用和理论研究中取得了大量的研究成果，但是在并联机器人机构学、运动学、动力学、奇异位形、运动控制及规划等方面仍存在一些具有挑战性的问题。本文以我校在自然科学基金资助下自行研制的液压驱动六自由度并联机器人实验室样机为研究对象，从 【英文摘要】 Parallel Robot PR is characterized by the high rigidity, large load handling capability, and non-accumulation of position error. PR is the supplement of Series-Robot SR and has become the focus of research in robotics. At present, PR has extensive and important applications in many aspects such as space flight, aviation, busywork in sea and land, underground exploitation, manufacturing, computer-aided medical instrument, biological engineering and micro mechatronics system and so on. However, despite 【中文关键词】 并联机器人. 动力学建模. 拉格朗日动力学模型. 最优控制. 变结构控制. CMAC神经网络控制. 鲁棒自适应控制. 【英文关键词】 Parallel Robot PR. dynamic model. Lagrange dynamic model. Optimal control. Variable structure control. CMAC neural network control. Robust adaptive control. 【论文级别】 博士 【学科专业名称】 机械电子工程 【论文提交日期】 2002-10-01 摘要 004-6 Abstract 6-14 第1章 绪论 14-32 1.1 机器人的发展概况 14-18 1.1.1 工业机器人的发展概况 14-16 1.1.2 并联机器人的发展概况 16-18 1.2 并联机器人研究状况综述 18-29 1.2.1 并联机器人的应用 18-25 1.2.2 国内外研究现状 25-33 1.3 选题意义 29-30 1.4 论文的主要研究内容 30-32 第2章 并联机器人系统 32-56 2.1 6-SPS并联机器人结构参数及工作原理 32-33 2.2 并联机器人运动学模型 33-37 2.2.1 齐次变换 33-34 2.2.2 并联机器人位置反解 34-36 2.2.3 并联机器人的速度反解 36-44 2.3 并联机器人动力学模型 37-44 2.4 液压伺服系统及其数学模型确定 44-48 2.4.1 并联机器人驱动方式的选择 44-44 2.4.2 并联机器人液压系统 44-46 2.4.3 并联机器人液压伺服系统的动力学模型 46-48 2.5 轨迹规划一般方法介绍 48-54 2.5.1 运动规划 48-49 2.5.2 轨迹规划 49-57 2.6 本章小结 54-56 第3章 并联机器人计算机控制系统硬件结构 56-63 3.1 计算机集中控制系统的硬件组成 56-57 3.2 关键部件的选择及应用 57-62 3.2.1 控机及其外部设备 57-58 3.2.2 光电编码器 58-60 3.2.3 信号的处理板 60-61 3.2.4 数据采集板HY-6220板 61-62 3.2.5 D/A输出板HY-6050 62-69 3.3 本章小结 62-63 第4章 基于LQ理论的机器人运动控制的研究 63-78 4.1 引言 63-63 4.2 离散LQ最优跟踪控制基本算法 63-65 4.3 具有扰动补偿的离散LQ最优轨迹跟踪控制 65-68 4.4 加权阵的选择 68-69 4.5 系统仿真研究 69-73 4.5.1 仿真模型的建立 69-70 4.5.2 仿真研究 70-78 4.6 实验研究 73-77 4.7 本章小结 77-78 第5章 基于变结构理论的运动控制的研究 78-92 5.1 变结构控制理论概述 78-80 5.1.1 滑模变结构控制的概念 78-78 5.1.2 VSCS的性质与特点 78-79 5.1.3 变结构控制理论在机器人控制中的应用简述 79-80 5.2 轨迹跟踪离散变结构控制系统DVSCS设计 80-87 5.2.1 引言 80-80 5.2.2 离散滑模变结构控制的原理 80-83 5.2.3 离散变结构控制系统DVSCS的设计 83-88 5.3 控制系统仿真研究 87-90 5.3.1 仿真模型的建立 88-88 5.3.2 仿真研究 88-90 5.3.3 仿真结果总结 90-92 5.4 本章小结 90-92 第6章 基于CMAC神经网络运动控制的研究 92-105 6.1 CMAC神经网络的基本原理 92-99 6.1.1 CMAC神经网络的基本原理 92-94 6.1.2 CMAC算法 94-99 6.1.3 CMAC的性质与特点 99-99 6.2 系统综合 99-102 6.2.1 古典控制器设计 99-100 6.2.2 系统总体设计 100-101 6.2.3 控制过程 101-102 6.2.4 系统功能 102-107 6.3 系统仿真研究 102-104 6.4 本章小结 104-105 第7章 不依赖于机器人动力学模型的鲁棒自适应控制策略的研究 105-135 7.1 引言 105-107 7.2 机器人的动力学特性 107-107 7.3 机器人的鲁棒自适应跟踪控制策略 107-112 7.3.1 机器人数学模型 107-108 7.3.2 自适应控制器的设计 108-110 7.3.3 仿真研究 110-112 7.3.4 结论 112-112 7.4 机器人鲁棒自适应跟踪分散控制策略 112-118 7.4.1 分散控制的特点 112-112 7.4.2 自适应分散控制器的设计 112-115 7.4.3 参数分散的自适应控制器的设计 115-118 7.5 6-DOF并联机器人的鲁棒自适应控制 118-134 7.5.1 引言 118-119 7.5.2 并联机器人的动力学特性 119-122 7.5.3 并联机器人不确定项上界的确定 122-123 7.5.4 并联机器人鲁棒自适应控制器的设计 123-126 7.5.5 仿真曲线及结果分析 126-150 7.6 本章小结 134-150 结论 135-137 参考文献 137-148 攻读博士学位期间发表的学术论文 148-150 致谢 150-150