收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

PAA型欠驱动机械位置控制及轨迹跟踪方法研究

任泽宇  
【摘要】:欠驱动机械臂,是一种独立输入数目少于自由度数目的机械系统,其具有质量轻、能耗低、结构紧凑等优点。该系统是一种非完整约束系统,无法直接控制非驱动关节,一般的光滑反馈控制方法不适用,其控制问题相比于一般机械臂要更加困难。在执行操作任务中,欠驱动机械臂末端执行器能否精确、稳定地到达目标位置,很大程度依赖于机械臂的位置控制方法。此外,在空间环境等特殊应用场合,机械臂某个驱动电机失效而又无法更换的情况下,作为应急使用方案,可将其处理成欠驱动机械臂,采用欠驱动控制方法继续完成任务。因此,研究欠驱动机械臂的位置及轨迹跟踪控制方法,保证机械臂满足特定操作任务的需求,具有重要的理论价值和广阔的应用前景。以第一关节为被动关节的平面三自由度(PAA型)机械臂为研究对象,本文开展了其位置控制及轨迹跟踪方法研究,论文的主要研究工作如下:首先,研究了 PAA型欠驱动机械臂位置控制方法。针对优化算法求解机械臂逆运动学易陷入局部最优的问题,提出了一种基于模拟退火法和人工鱼群法的改进粒子群算法。在粒子搜索过程中引入了模拟退火算法Metropolis准则和人工鱼群算法拥挤度的概念,增加了粒子多样性,提高了随机搜索能力,降低了算法陷入局部最优的概率。针对PAA型机械臂位置控制问题,提出了一种基于滑模控制和李雅普诺夫函数的两阶段混合切换控制方法。在每个控制阶段,根据Lyapunov函数推导控制律使主动关节的角度不变,同时建立滑动面,并选择幂函数作为趋近律,使另一主动关节收敛到目标角度。当旋转关节收敛到目标角度时,切换到下阶段。实验结果表明所提方法兼顾滑模控制法的快速性以及李雅普诺夫直接法的稳定性,实现了快速且无超调的位置控制。其次,研究了 PAA型欠驱动机械臂轨迹规划方法。为保证欠驱动机械臂轨迹的平稳,提出了动力学可操作度的概念,分析了动力学可操作度对关节间耦合作用、关节力矩的影响。然后,根据被动关节与主动关节的耦合关系,采用双向法规划从初始位置、终止位置到中间位置的轨迹。将动力学可操作度作为优化指标,优化了中间位置,将规划的两条轨迹在中间位置实现了无自由摆动的轨迹拼接,保证机械臂运行过程中关节角度、角速度和力矩变化平滑,提高运行平稳性。最后,针对重复操作任务,结合动力学可操作度分析了基座位置对机械臂性能的影响,优化了基座位置,提高了机械臂运行的可靠性。最后,研究了 PAA型欠驱动机械臂轨迹跟踪方法。针对PAA型欠驱动机械臂轨迹跟踪控制问题,基于分层滑模变结构控制法设计控制器,将系统分为具有非线性耦合的子系统,并将控制输入分配层次,低层次上的控制输入控制当前子系统,高层次的输入即控制子系统又保证总系统的稳定性,通过递归的方式设计控制律。将第一、二关节视为第一个子系统,设计控制律,仅通过第二关节力矩使第一个子系统达到稳定;将第三关节视为第二个子系统,设计第三关节力矩,使第二个子系统和总系统保持稳定,最终实现了 PAA型机械臂的轨迹跟踪控制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 高明;;多孔阳极氧化铝(PAA)模板制备方法的改进[J];机电产品开发与创新;2016年01期
2 刘海;林栎阳;孙青竹;蒋海兵;;表面活性剂PAA对羟基磷灰石微粒分散性的调控及机理研究[J];化学研究与应用;2020年03期
3 孙传欣;PAA冲洗液在三山岛蚀变岩型金矿中的应用[J];探矿工程(岩土钻掘工程);2003年06期
4 郭帅;李得胜;梁莹;;移动机械臂混合轨迹规划技术的研究[J];计量与测试技术;2017年10期
5 李玉齐;;六自由度机械臂轨迹规划与协调仿真研究[J];电子测量技术;2018年02期
6 左培良;邓先智;周琴;;船舶起吊机械臂轨迹规划精准控制方法研究[J];舰船科学技术;2019年12期
7 孔叶;;基于智能优化方法的机械臂轨迹规划研究[J];科技经济导刊;2018年32期
8 金明河;李鹏浩;夏进军;;空间机械臂多目标综合轨迹规划研究[J];机械与电子;2018年07期
9 李琳琳;寇子明;吴娟;;六自由度机械臂的设计与轨迹规划研究[J];煤矿机械;2019年08期
10 鲁守银;韩佳林;;基于网格法的机械臂无碰撞轨迹规划[J];计算机系统应用;2014年07期
11 姬清华;;船舶大分段划线机械臂轨迹规划控制技术[J];舰船科学技术;2018年24期
12 刘劲松;常斌;游达章;;三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究[J];湖北工业大学学报;2018年04期
13 王一全;王敏;杨闻;王兴龙;;空间机械臂系统轨迹规划仿真分析[J];航天器环境工程;2019年01期
14 杨琪;姜勇;丁志敏;吕鹏;;带电水冲洗机器人的机械臂轨迹规划方法[J];现代机械;2019年05期
15 王政敏;PAA高分子聚合物冲洗液在复杂地层钻探中的应用[J];地质与勘探;2001年04期
16 刘豪进;赵炎康;周振兴;;六自由度串联机械臂最优轨迹规划[J];山东化工;2019年08期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 刘莲英;章志兴;孙玉凤;杨万泰;;光引发溶液聚合制备PAA微凝胶[A];2006中国科协年会——数字成像技术及影像材料科学学术交流会论文集[C];2006年
2 刘莲英;章志兴;孙玉凤;杨万泰;;光引发溶液聚合制备PAA微凝胶[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
3 倪志慧;孙磊;;PAA修饰银纳米粒子的制备及其抗菌性能[A];2014年(首届)抗菌科学与技术论坛(ASTF2014)论文摘要集[C];2014年
4 张国伟;李斌;郑怀兵;龚海里;王聪;;乒乓球灵巧机械臂轨迹规划[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
5 陈书通;王永滨;王磊;徐城方;;空间充气式机械臂技术研究[A];第二届可展开空间结构学术会议摘要集[C];2016年
6 林润泽;朱雄卓;戴清阳;冯毅萍;;数字孪生驱动的机械臂建模、控制与监测集成系统[A];第31届中国过程控制会议(CPCC 2020)摘要集[C];2020年
7 陈奎烨;史旭华;;基于集成学习的机械臂抓取方法研究[A];第31届中国过程控制会议(CPCC 2020)摘要集[C];2020年
8 张戟;王建昌;吕相杰;;智能环卫车机械臂系统控制与仿真[A];2020中国自动化大会(CAC2020)论文集[C];2020年
9 姚红;任元;王卫杰;;三连杆机械臂动力学与控制仿真[A];第21届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集(CCSSTA21st 2020)[C];2020年
10 王相程;张家瑞;刘婉莹;;基于光敏电阻的机械臂惯性测量研究[A];第十七届沈阳科学学术年会论文集[C];2020年
11 李正;杨帆;刘晓源;;机动卫星机械臂任务可规划平台设计[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年
12 董永飞;蔡志勤;邱小璐;;水下机械臂动力学分析与滑模控制[A];第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集[C];2017年
13 赵杰亮;阎绍泽;;热辐射作用下的空间机械臂动力学特性分析[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年
14 赵宝山;杨勇;李跃华;吴霞;许波;;空间机械臂微重力模拟方法研究[A];2014年可展开空间结构学术会议摘要集[C];2014年
15 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态与末端抓手协调运动的模糊变结构滑模控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
16 黄登峰;陈力;;基于双向映射神经元网络的漂浮基空间机械臂逆运动学控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
17 陈志勇;陈力;;漂浮基空间机械臂系统惯性期望轨迹跟踪的改进变结构滑模控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
18 梁捷;陈力;;具有未知载荷参数的漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊自适应控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
19 张继辉;;助力机械臂在汽车制造业中的应用[A];第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C];2012年
20 韩清凯;张昊;高培鑫;刘金国;;机械臂系统控制同步的非线性动力学特性研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 东辉;冗余机械臂运动学及移动平台航位推算和轨迹规划研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 孙景余;水下七轴串联冗余机械臂控制特性研究[D];山东大学;2020年
3 周帆;受环境约束的可重构机械臂系统鲁棒分散容错控制方法研究[D];长春工业大学;2018年
4 何俊培;新型超冗余空间机械臂的关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2020年
5 宋韬;轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究[D];上海大学;2016年
6 王琨;提高串联机械臂运动精度的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
7 熊根良;具有柔性关节的轻型机械臂控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 李岩;可重构机械臂的快速指数稳定性分析与最优控制方法研究[D];长春工业大学;2020年
9 蒋素荣;绳驱动机械臂解耦方法与鲁棒控制研究[D];南京航空航天大学;2018年
10 魏之暄;面向可推挤障碍物的机械臂运动规划[D];上海交通大学;2017年
11 李响;斜齿行星轮系非线性因素对机械臂与天线机构动力学影响分析[D];哈尔滨工业大学;2018年
12 夏齐;基于变焦距视觉的空间机械臂在轨位姿测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
13 徐凡;多种未知环境下机械臂协调夹持的轨迹跟踪控制若干方法研究[D];浙江大学;2017年
14 孙玉香;用于空间机械臂的力/力矩传感器关键技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
15 邹添;空间机械臂传感系统及关节振动抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
16 乔冠宇;空间机械臂轨迹跟踪、测试及柔性力控制研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
17 师恒;六自由度机械臂系统设计及其关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2017年
18 王亚午;一类平面多连杆欠驱动机械臂的运动控制[D];中国地质大学;2018年
19 王鹏飞;托卡马克类超冗余机械臂结构综合及入腔运动规划[D];上海交通大学;2017年
20 王仕卫;面向在轨服务的空间机械臂自标定方法研究[D];北京邮电大学;2019年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 任泽宇;PAA型欠驱动机械位置控制及轨迹跟踪方法研究[D];北京邮电大学;2020年
2 邢季;基于PAA模板法构建纳米电介质电容器[D];南京理工大学;2018年
3 郑钧天;基于深度强化学习的机械臂轨迹规划仿真[D];电子科技大学;2020年
4 郑越;六自由度机械臂具有力约束的轨迹规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
5 杜健超;缝纫机壳体打磨的机械臂轨迹规划研究[D];中国计量学院;2016年
6 姜元霞;PAA型氧化膜的电化学反应研究[D];南京理工大学;2010年
7 张云杰;微反作用力空间机械臂的轨迹规划[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 夏炎;多关节机械臂轨迹规划和轨迹跟踪控制研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 徐红艳;窄分布聚丙烯酸的合成以及分子量对PAA/水混合体系中水的水合状态的影响[D];天津大学;2012年
10 张玉松;六自由度机械臂空间轨迹规划方法研究[D];哈尔滨工程大学;2014年
11 高添泉;机械臂力/位置控制问题研究[D];沈阳建筑大学;2016年
12 孙小肖;轻量化采样机械臂关节控制及轨迹规划研究[D];江苏科技大学;2015年
13 李毫亮;自主移动机械臂轨迹规划[D];广东工业大学;2014年
14 祝胜山;绝缘筒检测操作臂的机构设计与分析[D];沈阳理工大学;2017年
15 鲁国;车载式高速公路桥梁结构自动检测机械臂控制系统研究[D];武汉工程大学;2017年
16 高增辅;基于示范行为的机械臂轨迹规划算法[D];山东大学;2020年
17 王亚;基于视觉反馈的机械臂控制系统研究与设计[D];哈尔滨工业大学;2015年
18 翟彦斌;空间机械臂轨迹规划和地面仿真方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
19 向路;基于光学视觉伺服的机械臂软件控制系统[D];电子科技大学;2012年
20 郑秀娟;移动机械臂的运动控制与轨迹规划算法研究[D];武汉科技大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 李超;曲道奎:机器人,一场关乎未来的革命[N];经济观察报;2015年
2 记者 李哲 通讯员 董玥欣;脑电波操作机械臂写科技“福”[N];健康报;2021年
3 本报记者 舒抒;用算法把机械臂“培训”成“服务员”[N];解放日报;2020年
4 本报记者 赵磊;工业机械臂在这里腾挪闪转[N];宁夏日报;2020年
5 记者 张梦然;“第三只手”机械臂可用眼神和口令指挥[N];科技日报;2019年
6 记者 刘海英;深度学习机械臂能模拟自己建模[N];科技日报;2019年
7 胡林 中国青年报·中青在线记者 雷宇;武汉两名95后女大学生变成“机器人保育员”[N];中国青年报;2018年
8 本报记者 贺骏;猎豹移动发布五款机器人 机械臂调制咖啡或成“豹”款[N];证券日报;2018年
9 南方日报记者 黄叙浩 邵一弘 李卓 彭奕菲;看机械臂打鼓 品海丝文化佳肴[N];南方日报;2018年
10 本报记者 付朝欢;未来已来 请看那“聪明伶俐”的机械臂[N];中国改革报;2018年
11 见习记者 王闲乐 通讯员 邱志涛;控制机械臂 手术如绣花[N];解放日报;2017年
12 本报记者 唐婷;这个“左撇子”机器人会画画[N];科技日报;2017年
13 本报首席记者 张锐鑫 通讯员 宋明丽 窦芳超;探访中航光电“机器人大工匠”[N];洛阳日报;2017年
14 陈宜勇 丁悦;古城煤矿用上回撤“机器人”[N];中国矿业报;2017年
15 经济日报·中国经济网记者 佘颖;最强拣货员是个机器人[N];经济日报;2017年
16 IT时报记者 吴雨欣;《我是未来》这些黑科技 服[N];IT时报;2017年
17 本报记者 高博;一年没见,机器人长本事了[N];科技日报;2017年
18 北京商报记者 吴文治 陈韵哲;阿里京东无人仓竞赛“互秀肌肉”[N];北京商报;2017年
19 佛山日报记者 覃征鹏 杨婷 谢炜君 唐易婷 见习记者 谭海琪;机器人卖萌斟酒弹琴 生产线自带超强大脑[N];佛山日报;2017年
20 重庆商报-上游财经记者 郭欣欣;“头顶”千斤重商品 菜鸟超级机器人旗舰仓上线[N];重庆商报;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978