機器人機械動力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步研究.pdf

1、同步現(xiàn)象作為事物運動內(nèi)在聯(lián)系的一種表征，廣泛存在于自然與生命科學(xué)、工程科學(xué)與技術(shù)、社會經(jīng)濟活動等領(lǐng)域。在現(xiàn)代機械系統(tǒng)中，由多個部分組成的系統(tǒng)需要同步、協(xié)同和合作來完成統(tǒng)一的工作任務(wù)，如：裝配、運輸、噴涂和焊接等。在機器人領(lǐng)域，機器人按照軌跡規(guī)劃運動，各關(guān)節(jié)驅(qū)動要按規(guī)劃同步運動。研究機器人機械動力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步問題在現(xiàn)代制造裝配和空間工程應(yīng)用中起著非常重要的作用，對更好的深入研究機器人系統(tǒng)同步理論，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，服務(wù)工程實際都具有重要的

2、理論價值和現(xiàn)實意義。
　　 本文主要研究機器人動力學(xué)系統(tǒng)的廣義同步控制問題，以主從機器人系統(tǒng)的外部同步為目標(biāo)，主要應(yīng)用機器人學(xué)理論、現(xiàn)代控制理論、系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，對實驗室現(xiàn)有的AS-MRobot三自由度剛性機器人進(jìn)行動力學(xué)建模、外部同步控制器設(shè)計、控制系統(tǒng)穩(wěn)定性判別和數(shù)值仿真，為進(jìn)一步的實驗與理論對比奠定基礎(chǔ)。具體成果如下：
　　 以AS-MRobot三自由度剛性機器人為研究對象，分別進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)分析，建立動力學(xué)模

3、型。針對機器人系統(tǒng)本身的物理特征，論述構(gòu)造滿足機器人閉環(huán)系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定的李雅普諾夫函數(shù)方法。作為后續(xù)實驗的基礎(chǔ)，介紹了機器人系統(tǒng)關(guān)節(jié)摩擦模型及其補償方法。
　　 為實現(xiàn)機器人系統(tǒng)外部同步控制，本文設(shè)計一種基于全狀態(tài)可觀測的主從外部同步控制器。選取可模擬機器人關(guān)節(jié)摩擦的遲滯非線性系統(tǒng)為主系統(tǒng)，Duffing系統(tǒng)為從系統(tǒng)，應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性判別方法推導(dǎo)出控制器。采用數(shù)值仿真方法證明并討論了主從互換的同步過程。研究表明，控制

4、器參數(shù)主要影響實現(xiàn)同步運動的過渡時間。
　　 針對機器人動力學(xué)系統(tǒng)存在模型誤差及干擾等因素，本文提出機器人魯棒同步軌跡跟蹤控制方法，設(shè)計了魯棒同步軌跡跟蹤控制器。針對AS-MRobot三自由度剛性機器人，在有無干擾信號和有無魯棒控制情況下，仿真分析機器人同步軌跡跟蹤的效果。本文還論述了一種在混沌動力學(xué)系統(tǒng)主從同步控制中較為廣泛適用的開閉環(huán)同步方法，并嘗試將該方法應(yīng)用于機器人動力學(xué)系統(tǒng)同步軌跡跟蹤控制，通過理論分析和數(shù)值仿真討論了

5、開閉環(huán)控制方法的優(yōu)缺點。
　　 最后，研究主從機器人的自適應(yīng)同步控制，討論基于PD增益自適應(yīng)調(diào)節(jié)的模型參考自適應(yīng)控制和魯棒自適應(yīng)控制。對參考模型選取、PD增益自適應(yīng)控制器設(shè)計和穩(wěn)定性判定等進(jìn)行探討。應(yīng)用數(shù)值方法論證了該方法對于AS-MRobot的三個關(guān)節(jié)的同步軌跡跟蹤控制的適用性。
　　 本文遞進(jìn)地研究了機器人動力學(xué)系統(tǒng)三種廣義外部同步控制方法，從機器人動力學(xué)系統(tǒng)建模、控制器設(shè)計方法、穩(wěn)定性判別和數(shù)值仿真等角度對機器人同