6-PTRT型并聯(lián)機(jī)器人的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人以其剛度大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)抗震性好和運(yùn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn),在應(yīng)用上與串聯(lián)機(jī)器人形成互補(bǔ),擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。目前,并聯(lián)機(jī)器人在機(jī)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制策略等方面的研究均得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者的關(guān)注和重視。
　　 并聯(lián)機(jī)器人從控制角度而言是一種高度非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制中存在參數(shù)不確定性、未建模動(dòng)態(tài)以及外部干擾等,采用常規(guī)控制策略往往難以獲得理想控制效果。變結(jié)構(gòu)滑模控制不需要建立被控對(duì)象的精

2、確數(shù)學(xué)模型,對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、外部干擾、系統(tǒng)不確定性等具有很強(qiáng)的魯棒性,且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,較適合用于并聯(lián)機(jī)器人控制。但基于等效控制設(shè)計(jì)的常規(guī)滑?？刂?不僅存在抖振問(wèn)題,而且由于實(shí)際忽略了執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器的快變動(dòng)力學(xué)特性等,因此會(huì)降低系統(tǒng)的控制品質(zhì),嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為此,本文以6-PTlRT型并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象,進(jìn)行了一種動(dòng)態(tài)滑?？刂品椒ǖ脑O(shè)計(jì)。另外,由于滑?？刂品椒ǖ膬?yōu)良特性依賴于對(duì)并聯(lián)機(jī)器人所受外部干擾的先驗(yàn)估計(jì),一旦外部干

3、擾超出滑?？刂圃O(shè)計(jì)上限,其控制效果將惡化?；诖?本文提出一種新型自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂品椒?即在動(dòng)態(tài)滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入自適應(yīng)控制對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的外部干擾等不確定因素進(jìn)行在線估計(jì),以克服滑模控制性能需依賴于對(duì)未知干擾的先驗(yàn)估計(jì)的局限,增強(qiáng)并聯(lián)機(jī)器人克服強(qiáng)烈干擾的能力,進(jìn)一步提高其控制性能。本文的研究,對(duì)促進(jìn)并聯(lián)機(jī)器人控制理論和技術(shù)的發(fā)展,推進(jìn)并聯(lián)機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的進(jìn)程具有一定意義。
　　 本文首先分析了所研究并聯(lián)機(jī)器人

4、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理;針對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,推導(dǎo)出其位置反解、速度反解模型;其次,結(jié)合本文采用的運(yùn)動(dòng)軌跡二級(jí)插補(bǔ)策略,分析了笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)算法,得到了各支路的期望運(yùn)動(dòng)軌跡,為實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制奠定基礎(chǔ);然后,詳盡分析了工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器PMAC、伺服控制系統(tǒng)、位置檢測(cè)元件、電氣控制裝置等關(guān)鍵部件的選型,完成6-PTRT型并聯(lián)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì);接著,綜合考慮6-PTRT型并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的

5、特點(diǎn),在采用分散滑模控制形式的前提下,建立了控制系統(tǒng)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型,并針對(duì)其控制特點(diǎn)設(shè)計(jì)了新型自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂破?完成了軌跡跟蹤控制仿真以及與常規(guī)滑模控制器仿真結(jié)果的比較分析;最后,采用任務(wù)分級(jí)處理軟件結(jié)構(gòu)形式,利用VC++設(shè)計(jì)完成并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)控制軟件,對(duì)人機(jī)界面模塊,通信模塊,軌跡規(guī)劃模塊和運(yùn)動(dòng)子程序模塊等關(guān)鍵模塊的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析,并進(jìn)行了圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤控制試驗(yàn)。仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明,采用自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制方法,不僅可解