自由浮動(dòng)空間柔性雙臂機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)控制研究.pdf

1、近年來(lái)，空間柔性雙臂機(jī)器人的研究受到了廣泛的關(guān)注。由于柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生變形和振動(dòng)，同時(shí)考慮空間機(jī)器人在空間存在著很強(qiáng)的外界干擾和系統(tǒng)建模誤差，這給空間柔性機(jī)器人的定位和跟蹤控制帶來(lái)了很多的問(wèn)題。因此，針對(duì)自由浮動(dòng)空間柔性雙臂機(jī)器人動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的振動(dòng)和魯棒性問(wèn)題，本文進(jìn)行了深入的研究，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)論證。 本文首先基于假設(shè)模態(tài)法、拉格朗日方程和動(dòng)量守恒，推導(dǎo)了自由浮動(dòng)空間柔性雙臂機(jī)器人開(kāi)鏈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并考慮系統(tǒng)存在建

2、模誤差情況下利用計(jì)算力矩法實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器的軌跡跟蹤。針對(duì)柔性機(jī)械臂的彈性振動(dòng)和系統(tǒng)魯棒性問(wèn)題，采用一種基于Lyapunov第二法的魯棒跟蹤控制和二次型最優(yōu)混合控制方法，實(shí)現(xiàn)自由浮動(dòng)空間柔性雙臂機(jī)器人在軌跡跟蹤中的振動(dòng)主動(dòng)控制，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。 其次，對(duì)于機(jī)械臂與剛性負(fù)載組成的閉鏈系統(tǒng)，本文采用一種基于TSK模糊模型的自適應(yīng)控制和模態(tài)力混合控制方法，實(shí)現(xiàn)剛性負(fù)載的動(dòng)力學(xué)軌跡跟蹤的振動(dòng)控制。此方法在有建模誤差和

3、干擾時(shí)，仍能使負(fù)載較好地跟蹤期望軌跡，并具有較好的振動(dòng)抑制效果。 然后，針對(duì)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中仍存在較大的柔性振動(dòng)，采用奇異攝動(dòng)方法將自由浮動(dòng)空間柔性雙臂機(jī)器人開(kāi)鏈和閉鏈系統(tǒng)都分別分解為慢變與快變兩個(gè)子系統(tǒng)，并考慮系統(tǒng)存在建模誤差和外界干擾情況時(shí)，分別對(duì)其進(jìn)行軌跡跟蹤控制和振動(dòng)控制，改善魯棒和振動(dòng)抑制效果。 最后，為了形象地說(shuō)明空間柔性雙臂機(jī)器人系統(tǒng)各部分的運(yùn)動(dòng)情景，開(kāi)發(fā)了基于MATLAB的可視化仿真平臺(tái)和基于OpenGL的可