四自由度冗余并聯(lián)機器人任務空間動力學建模與滑模控制研究.pdf

1、并聯(lián)機器人相對于串聯(lián)機器人，具有剛度大、承載能力強、精度高、動態(tài)性能好及累計誤差小等優(yōu)點，已成為國內(nèi)外學者的研究熱點。驅(qū)動冗余對于提升并聯(lián)機器人的各項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)機器人的控制研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　通常，針對并聯(lián)機器人，基于運動學的控制方法難以直接考慮并聯(lián)機器人復雜的動力學特性及各個關節(jié)和支鏈之間的耦合關系，難以滿足并聯(lián)機器人高性能要求，因此基于動力學模型的控制方法被提出?？紤]

2、到Lagrange法能以簡單的形式求得復雜系統(tǒng)動力學方程且具有顯式結(jié)構(gòu)，本文采用Lagrange法推導出便于控制律設計和實現(xiàn)的并聯(lián)機器人動力學模型。從建模角度，并聯(lián)機器人是一個多變量、多參數(shù)耦合的非線性系統(tǒng)，不僅其動力學模型十分復雜，而且難以獲得其動力學模型參數(shù)的準確值，因此所建立的動力學模型不可避免地存在不確定性。從控制角度，傳統(tǒng)的動力學控制方法如增廣PD控制和計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)識別自適應控

3、制，反推控制，智能控制等方法計算量較大，難以滿足并聯(lián)機器人的實時快速要求?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是針對非線性不確定系統(tǒng)的一個行之有效的控制方法，該方法無需建立精確數(shù)學模型，對外部干擾及系統(tǒng)參數(shù)變化具有較強的魯棒性，并且實現(xiàn)簡單、響應快速。因此，本文提出并設計一種新型加權(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，通過在趨近律的積分項中引入負的加權(quán)值，在保證并聯(lián)機器人系統(tǒng)軌跡跟

4、蹤速度和精度的同時，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)機器人的發(fā)展歷史和應用，同時對并聯(lián)機器人運動學、動力學分析及其控制方法的研究現(xiàn)狀進行了綜述，并對冗余驅(qū)動并聯(lián)機器人的研究現(xiàn)狀進行了總結(jié);然后，針對四自由度冗余并聯(lián)機器人進行運動學分析和任務空間動力學建模，并利用MATLAB完成機器人位置逆解與動力學模型準確性驗證;其次，介紹了四自由度冗余并聯(lián)機器人所采用的“PC+運動控制卡”的分布式

5、硬件系統(tǒng);然后，基于所構(gòu)建動力學模型，在任務空間內(nèi)，提出并設計一種新型加權(quán)積分增益型指數(shù)趨近律滑?？刂品椒?，利用Lyapunov函數(shù)理論證明所設計控制律的穩(wěn)定性，利用MATLAB對所建立并聯(lián)機器人動力學模型及所設計控制律進行仿真試驗研究，通過與計算力矩控制、一般趨近律滑?？刂七M行仿真對比，其結(jié)果表明了所建立并聯(lián)機器人動力學模型的正確性以及所設計控制方法的有效性。最后，利用VC++6.0完成對四自由度冗余并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)的軟件設計，對人