四自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人任務(wù)空間動力學(xué)建模與滑?？刂蒲芯?pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人相對于串聯(lián)機(jī)器人，具有剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、動態(tài)性能好及累計(jì)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。驅(qū)動冗余對于提升并聯(lián)機(jī)器人的各項(xiàng)性能研究提供了一種新的解決方案，因此對驅(qū)動冗余并聯(lián)機(jī)器人的控制研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　通常，針對并聯(lián)機(jī)器人，基于運(yùn)動學(xué)的控制方法難以直接考慮并聯(lián)機(jī)器人復(fù)雜的動力學(xué)特性及各個(gè)關(guān)節(jié)和支鏈之間的耦合關(guān)系，難以滿足并聯(lián)機(jī)器人高性能要求，因此基于動力學(xué)模型的控制方法被提出。考慮

2、到Lagrange法能以簡單的形式求得復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)方程且具有顯式結(jié)構(gòu)，本文采用Lagrange法推導(dǎo)出便于控制律設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)模型。從建模角度，并聯(lián)機(jī)器人是一個(gè)多變量、多參數(shù)耦合的非線性系統(tǒng)，不僅其動力學(xué)模型十分復(fù)雜，而且難以獲得其動力學(xué)模型參數(shù)的準(zhǔn)確值，因此所建立的動力學(xué)模型不可避免地存在不確定性。從控制角度，傳統(tǒng)的動力學(xué)控制方法如增廣PD控制和計(jì)算力矩控制一般不能有效地解決非線性系統(tǒng)的不確定性問題，而參數(shù)識別自適應(yīng)控

3、制，反推控制，智能控制等方法計(jì)算量較大，難以滿足并聯(lián)機(jī)器人的實(shí)時(shí)快速要求?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是針對非線性不確定系統(tǒng)的一個(gè)行之有效的控制方法，該方法無需建立精確數(shù)學(xué)模型，對外部干擾及系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強(qiáng)的魯棒性，并且實(shí)現(xiàn)簡單、響應(yīng)快速。因此，本文提出并設(shè)計(jì)一種新型加權(quán)積分增益型指數(shù)趨近律滑模控制方法，利用滑動模態(tài)的形成，使控制系統(tǒng)對于不確定參數(shù)以及外界干擾具有良好的魯棒性，同時(shí)，通過在趨近律的積分項(xiàng)中引入負(fù)的加權(quán)值，在保證并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)軌跡跟

4、蹤速度和精度的同時(shí)，有效降低起始階段控制力的幅度并有效削弱輸出驅(qū)動力的抖振。
　　本文首先闡述了并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展歷史和應(yīng)用，同時(shí)對并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析及其控制方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié);然后，針對四自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析和任務(wù)空間動力學(xué)建模，并利用MATLAB完成機(jī)器人位置逆解與動力學(xué)模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證;其次，介紹了四自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人所采用的“PC+運(yùn)動控制卡”的分布式

5、硬件系統(tǒng);然后，基于所構(gòu)建動力學(xué)模型，在任務(wù)空間內(nèi)，提出并設(shè)計(jì)一種新型加權(quán)積分增益型指數(shù)趨近律滑?？刂品椒?，利用Lyapunov函數(shù)理論證明所設(shè)計(jì)控制律的穩(wěn)定性，利用MATLAB對所建立并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)模型及所設(shè)計(jì)控制律進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究，通過與計(jì)算力矩控制、一般趨近律滑模控制進(jìn)行仿真對比，其結(jié)果表明了所建立并聯(lián)機(jī)器人動力學(xué)模型的正確性以及所設(shè)計(jì)控制方法的有效性。最后，利用VC++6.0完成對四自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，對人