可重構(gòu)機(jī)械臂關(guān)節(jié)模塊控制器設(shè)計及運(yùn)動控制研究.pdf

1、近年來，具有高柔性、設(shè)計周期短、高可靠性、成本低和易維護(hù)等特點(diǎn)的模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂，在實(shí)驗(yàn)室研究、航天、核工業(yè)、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。本文以國家自然科學(xué)基金課題“可重構(gòu)機(jī)械臂剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)建模與主動振動控制研究”（課題編號：60905048）為依托，針對模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂關(guān)節(jié)模塊控制器設(shè)計及運(yùn)動控制開展相關(guān)研究工作。介紹了模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂的控制器設(shè)計和運(yùn)動控制算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，明確了本課題的主要研究內(nèi)容和研究工作。

2、以此為基礎(chǔ)，針對模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂關(guān)節(jié)模塊控制器設(shè)計及運(yùn)動控制研究開展了以下幾個方面的研究：
　　(1)分析了模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的組成和功能，以及模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂的構(gòu)形多變性。分析歸納了模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂關(guān)節(jié)模塊控制器的主要功能為：負(fù)責(zé)底層驅(qū)動、與上位機(jī)以及其他模塊通訊、控制、狀態(tài)檢測以及電源轉(zhuǎn)換等。
　　(2)針對關(guān)節(jié)模塊控制器的功能需求，設(shè)計了一種集底層驅(qū)動、通訊、控制、狀態(tài)監(jiān)測及電源轉(zhuǎn)換于一體的關(guān)節(jié)模塊

3、控制器。對關(guān)節(jié)模塊控制器的三大組成單元，即驅(qū)動單元、控制單元和電源單元的主要功能電路的硬件設(shè)計依據(jù)、器件選型和能實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了介紹，并對組裝完成的關(guān)節(jié)模塊控制器進(jìn)行了測試。
　　(3)針對模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂的構(gòu)形多變性，本文提出了一種適合于構(gòu)形變化的PID參數(shù)自調(diào)整方法。該方法主要包括粗調(diào)和精調(diào)兩大部分。粗調(diào)部分在對模塊化可重構(gòu)機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)形辨識和相應(yīng)的運(yùn)動學(xué)和力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，從PID參數(shù)庫中提取出滿足模塊類型和力學(xué)特性的

4、PID參數(shù)，對關(guān)節(jié)模塊控制器進(jìn)行初始化。精調(diào)部分基于模糊自適應(yīng)控制理論，針對單個模塊控制器的PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對關(guān)節(jié)模塊控制器的位置環(huán)設(shè)計模糊PID控制器，實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的在線自調(diào)整。
　　(4)本文中的實(shí)驗(yàn)部分，首先，對關(guān)節(jié)模塊控制器進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了關(guān)節(jié)模塊控制器的功能滿足設(shè)計需求；其次，進(jìn)行了基于構(gòu)形辨識的PID參數(shù)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了上位機(jī)可以為關(guān)節(jié)模塊控制器提供準(zhǔn)確的初始 PID參數(shù)值；然后，建立了Simulink仿真實(shí)驗(yàn)