工業(yè)機器人可以降低生產成本,取代危險、骯臟和重復性的工作,因此已經(jīng)廣泛應用在焊接、搬運、上下料等各種工業(yè)過程中。隨著技術進步和工業(yè)發(fā)展,人們對機器人的運動性能如跟蹤精度、動態(tài)響應和魯棒性等要求也更高。工業(yè)機器人是一種高度復雜的非線性系統(tǒng),不可避免存在著關節(jié)耦合、時變參數(shù)、負載變化、未建模動態(tài)和未知外部擾動等不確定性因素,影響系統(tǒng)性能。為此,本文以受不確定因素影響的串聯(lián)機器人為研究對象,對動力學參數(shù)辨識,非線性摩擦建模和高性能魯棒運動控制技術等問題進行研究。主要內容如下:基于動態(tài)特性設計控制器是提高機器人運動性能的有效途徑,因此首先針對本文所用串聯(lián)機器人實驗平臺分析建立動力學模型。為簡化參數(shù)辨識過程,借助開源軟件OpenSymoro求解觀測矩陣和最小慣性參數(shù)集。設計激勵軌跡,對激勵軌跡參數(shù)進行優(yōu)化,并對所采集的數(shù)據(jù)進行預處理,以降低測量噪聲影響,用最小二乘法辨識得到所需參數(shù)。關節(jié)非線性摩擦會對控制性能產生重要影響,尤其是在關節(jié)轉速較低時。為提高低速時的控制精度,本文選擇合適的連續(xù)非線性摩擦模型補償關節(jié)摩擦。根據(jù)實驗測得的速度和摩擦力矩,采用差分進化算法辨識出最佳模型參數(shù)。通過模型擬合曲線...

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的提出及意義
    1.2 國內外相關領域研究綜述
        1.2.1 機器人動力學模型與參數(shù)辨識
        1.2.2 關節(jié)摩擦建模與參數(shù)辨識方法
        1.2.3 機器人運動控制方法
    1.3 本文研究內容
        1.3.1 課題研究的提出
        1.3.2 研究內容和組織結構
第2章 機器人系統(tǒng)的建模與參數(shù)辨識
    2.1 引言
    2.2 串聯(lián)機器人實驗平臺
        2.2.1 機器人本體
        2.2.2 機器人控制系統(tǒng)
    2.3 動力學模型的線性化和最小參數(shù)集
    2.4 激勵軌跡設計和參數(shù)優(yōu)化
    2.5 采樣數(shù)據(jù)預處理
    2.6 參數(shù)辨識與結果分析
    2.7 實驗驗證
    2.8 結論
第3章 機器人關節(jié)連續(xù)非線性摩擦建模與參數(shù)辨識
    3.1 引言
    3.2 關節(jié)摩擦建模
        3.2.1 摩擦力矩的測量
        3.2.2 連續(xù)摩擦模型
    3.3 基于差分進化算法的摩擦模型參數(shù)辨識
        3.3.1 連續(xù)摩擦模型參數(shù)的辨識原理
        3.3.2 差分進化算法
        3.3.3 差分進化算法辨識流程
    3.4 連續(xù)摩擦模型參數(shù)辨識與實驗驗證
    3.5 本章小結
第4章 基于模型輔助擴張狀態(tài)觀測器的機器人計算力矩控制
    4.1 引言
    4.2 基本原理
        4.2.1 自抗擾控制
        4.2.2 計算力矩控制
        4.2.3 問題描述
    4.3 模型輔助擴張狀態(tài)觀測器
    4.4 基于MESO的計算力矩控制器設計
    4.5 閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性證明
    4.6 仿真分析
        4.6.1 無不確定性的機器人軌跡跟蹤控制
        4.6.2 存在不確定性時的機器人軌跡跟蹤控制
    4.7 實驗驗證
    4.8 本章小結
第5章 基于有限時間收斂觀測器的機器人有限時間控制
    5.1 引言
    5.2 基本原理
        5.2.1 有限時間穩(wěn)定的概念
        5.2.2 穩(wěn)定性證明中用到的其他引理
        5.2.3 問題描述
    5.3 FTMESO的設計
    5.4 有限時間控制器設計
    5.5 仿真分析
    5.6 實驗驗證
    5.7 本章小結
第6章 不確定性機器人獨立關節(jié)預設性能控制
    6.1 引言
    6.2 基本原理
        6.2.1 問題描述
        6.2.2 預設性能函數(shù)
    6.3 變增益摩擦補償擴張狀態(tài)觀測器
    6.4 預設性能控制器設計
    6.5 仿真分析
    6.6 實驗驗證
        6.6.1 二自由度關節(jié)空間軌跡跟蹤實驗
        6.6.2 六自由度笛卡爾空間軌跡跟蹤實驗
    6.7 總結
第7章 總結與展望
    7.1 全文總結
    7.2 論文創(chuàng)新點
    7.3 工作展望
參考文獻
攻讀博士學位期間撰寫的論文專著及參與的項目
    攻讀博士學位期間發(fā)表的論文
    攻讀博士學位期間參與的科研項目
致謝
學位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3869057