本文關(guān)鍵詞：車載柔性機(jī)械臂軌跡規(guī)劃及準(zhǔn)靜態(tài)變形補(bǔ)償控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2014年

車載柔性機(jī)械臂軌跡規(guī)劃及準(zhǔn)靜態(tài)變形補(bǔ)償控制

劉杰  

【摘要】：隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，科技的發(fā)展與社會的需求也促使工業(yè)機(jī)器人本身需要提高。從最初的簡陋工業(yè)機(jī)器人到復(fù)雜的智能工業(yè)機(jī)器人，再到如今的輕型化、快速化以及高精度化的全自動智能工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人在不斷的更新?lián)Q代。就車載機(jī)械臂而言，其研究方向已經(jīng)從車載剛性機(jī)械臂轉(zhuǎn)向車載柔性機(jī)械臂。車載柔性機(jī)械臂與車載剛性機(jī)械臂相比，具有負(fù)載質(zhì)量大、操作范圍廣、響應(yīng)速度快、工作壽命長等優(yōu)點，因此，車載柔性機(jī)械臂的研究與發(fā)展是車載機(jī)械臂領(lǐng)域的一個趨勢。 然而，車載柔性機(jī)械臂得到發(fā)展的同時，也遇到了諸多問題，如：車載柔性機(jī)械臂的期望目標(biāo)點與實際目標(biāo)點之間是否有偏差，柔性桿的變形等。車載柔性機(jī)械臂要想在實際工程中得到應(yīng)用，上述問題必須得以解決，特別是轉(zhuǎn)載大負(fù)載時柔性桿產(chǎn)生的彈性變形必須加以補(bǔ)償。如果不加以補(bǔ)償，將會影響到柔性桿末端位置的精度。所以，設(shè)計一種可靠的車載柔性機(jī)械臂的軌跡規(guī)劃、軌跡補(bǔ)償方法，變形補(bǔ)償算法及控制方法，具有重要的理論意義與廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對車載柔性機(jī)械臂工作時期望目標(biāo)點與實際目標(biāo)點之間是否有偏差的情況及大負(fù)載引起的彈性變形問題，分別對該系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃、軌跡補(bǔ)償及彈性變形補(bǔ)償?shù)葐栴}做了相關(guān)研究。本文的主要研究內(nèi)容與工作如下： 首先，對車載柔性機(jī)械臂的系統(tǒng)模型進(jìn)行了簡單的描述，并給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖，應(yīng)用D-H參數(shù)法建立了該系統(tǒng)的正運(yùn)動學(xué)模型，然后由傳統(tǒng)的反變換法得到了系統(tǒng)的逆運(yùn)動學(xué)模型。運(yùn)動學(xué)模型建立之后，根據(jù)拉格朗日法與假設(shè)模態(tài)法，對系統(tǒng)進(jìn)行了動力學(xué)建模。 其次，針對車載柔性機(jī)械臂期望目標(biāo)位置與實際目標(biāo)位置之間是否有偏差的情況，分別對系統(tǒng)進(jìn)行了軌跡規(guī)劃與軌跡補(bǔ)償研究。首先，考慮系統(tǒng)期望目標(biāo)點與實際目標(biāo)點之間無偏差，將系統(tǒng)的整個轉(zhuǎn)載周期分為七個子過程，每個子過程分解為水平轉(zhuǎn)載與垂直提升或下放兩個過程，然后根據(jù)笛卡爾空間與關(guān)節(jié)空間相結(jié)合的方法，對七個子過程中的水平轉(zhuǎn)載過程用五次多項式插值法進(jìn)行軌跡規(guī)劃，垂直過程采用九段六次多項式插值法進(jìn)行軌跡規(guī)劃。其次，考慮系統(tǒng)期望目標(biāo)點與實際目標(biāo)點之間有偏差，結(jié)合正運(yùn)動學(xué)公式與變分法，可以求出目標(biāo)點位置誤差引起的關(guān)節(jié)角補(bǔ)償變量，然后求出補(bǔ)償后的關(guān)節(jié)角變量，并在此基礎(chǔ)上得到補(bǔ)償后的關(guān)節(jié)角軌跡和末端位置軌跡。 再次，，大負(fù)載會使柔性桿產(chǎn)生彈性變形，該彈性變形會影響到末端位置的精度，因此，要想使柔性臂將負(fù)載準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)載到期望目標(biāo)點，彈性變形必須加以補(bǔ)償。鑒于此，本文提出了一種有效的彈性變形補(bǔ)償方法—基于期望關(guān)節(jié)角的準(zhǔn)靜態(tài)變形補(bǔ)償。首先，根據(jù)假設(shè)模態(tài)法求出柔性桿的彈性變形，并根據(jù)此變形計算出需要補(bǔ)償?shù)钠谕P(guān)節(jié)角變量。其次，針對期望目標(biāo)點與實際目標(biāo)點之間是否有偏差的情況，分別對彈性變形進(jìn)行了補(bǔ)償。再次，針對系統(tǒng)中振動模態(tài)及其導(dǎo)數(shù)的不可測性，設(shè)計了觀測器對其進(jìn)行估計。最后，基于觀測器設(shè)計了滑模控制器以實現(xiàn)對系統(tǒng)期望軌跡的跟蹤。 最后，對本文的研究內(nèi)容進(jìn)行了仿真驗證，并做了幾組對比：軌跡補(bǔ)償前后對比、變形補(bǔ)償前后軌跡跟蹤效果對比、負(fù)載質(zhì)量不同時軌跡跟蹤效果對比。結(jié)果表明了本文所提出的軌跡規(guī)劃、軌跡補(bǔ)償及變形補(bǔ)償方法是有效的。文章最后對全文做了工作總結(jié)，并且對下一步的研究內(nèi)容做出了展望。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP242;TP273
【目錄】：

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 洪蕓蕓;壓電柔性機(jī)械臂振動控制及實驗研究[D];華東交通大學(xué);2013年

2 樊猛;柔性機(jī)械臂路徑優(yōu)化及控制[D];西安電子科技大學(xué);2010年

3 楊康華;柔性機(jī)械臂的振動控制與實驗研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

4 俞愛蘭;柔性機(jī)械臂振動控制及優(yōu)化研究[D];華東交通大學(xué);2011年

5 姚威;空間大負(fù)載柔性機(jī)械臂軌跡跟蹤策略研究[D];北京郵電大學(xué);2013年

6 劉國藩;空間型柔性機(jī)械臂的動力學(xué)分析[D];西安電子科技大學(xué);2010年

7 陳斌;組合柔性機(jī)械臂抑振性能研究[D];南京理工大學(xué);2012年

8 俞曉瑾;柔性機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)建模及視覺伺服控制[D];上海交通大學(xué);2013年

9 吳忠偉;基于滑模變結(jié)構(gòu)的輸入成形控制方法研究[D];長春工業(yè)大學(xué);2013年

10 魏進(jìn);空間柔性機(jī)械臂的動力學(xué)建模和分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：車載柔性機(jī)械臂軌跡規(guī)劃及準(zhǔn)靜態(tài)變形補(bǔ)償控制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：123677