基于MFAC的多關(guān)節(jié)串聯(lián)工業(yè)機(jī)器臂軌跡跟蹤控制研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、機(jī)械臂由于其靈活性、精確性、高速以及高重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，用以實(shí)現(xiàn)替代或幫助人工完成簡單和重復(fù)性的工作，大量應(yīng)用于汽車、電子、信息產(chǎn)品等現(xiàn)代制造業(yè)中。多關(guān)節(jié)機(jī)械臂是一個(gè)非線性和不確定性系統(tǒng)，同時(shí)又是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理密切相關(guān)、強(qiáng)耦合的多變量復(fù)雜控制系統(tǒng)，針對多關(guān)節(jié)工業(yè)級機(jī)械臂的高精度控制一直是一個(gè)理論和應(yīng)用研究熱點(diǎn)。無模型自適應(yīng)控制(Model-Free Adaptive Control，MFAC)作為一種重

2、要的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制方法，其控制器設(shè)計(jì)僅利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)而不依賴于對象模型，該方法適用于多關(guān)節(jié)機(jī)械臂這類復(fù)雜的被控對象。因此將無模型自適應(yīng)控制有針對性地應(yīng)用于六自由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)械臂的軌跡跟蹤具有重要的實(shí)際意義。
　　論文以六自由度串聯(lián)工業(yè)機(jī)械臂為被控對象，通過理論研究，仿真實(shí)驗(yàn)以及實(shí)物驗(yàn)證相結(jié)合的方式，系統(tǒng)地研究串聯(lián)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、動(dòng)力學(xué)建模和高精度軌跡跟蹤控制，為串聯(lián)機(jī)械臂的開發(fā)應(yīng)用探索了一套有效的理論和技術(shù)

3、解決方案。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，建立機(jī)械臂連桿坐標(biāo)系及相應(yīng)參數(shù)，基于機(jī)械臂正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算公式，重點(diǎn)研究逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性問題，通過分析和仿真深入研究機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)控制機(jī)理;采用拉格朗日函數(shù)法，建立機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程并分析其動(dòng)力學(xué)特性。
　　其次，針對要求精度較高的工業(yè)機(jī)械臂軌跡跟蹤任務(wù)，應(yīng)用無模型自適應(yīng)控制方法，并在原型MFAC控制算法的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的MFAC控制算法，以達(dá)到提高收斂速度及軌跡跟蹤精度的目

4、的;對上述方法基于MATLAB平臺(tái)搭建simulink仿真模塊，驗(yàn)證算法的有效性。
　　最后，在充分分析基于MFAC的機(jī)械臂軌跡跟蹤控制實(shí)物驗(yàn)證的功能需求非基礎(chǔ)上，基于Otostudio平臺(tái)采用ST語言編程實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)MFAC控制算法在固高六自由度串聯(lián)機(jī)械臂軌跡跟蹤控制中的應(yīng)用，完成了人機(jī)交互、軌跡規(guī)劃、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)采集等基本功能。同時(shí)，基于Matlab平臺(tái)，編寫了數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)，通過對實(shí)時(shí)采集到的機(jī)械臂實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)