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噪声测量用机械臂的结构及控制

崔博文  
【摘要】:本研究报告主要根据噪声测量研究需要对测量用工业机器人的机械本体结构、运动学、及其轨迹控制问题等进行了研究,主要的研究内容及成果体现在以下几个方面: 研究了工业机器人的总体结构。根据机器人结构设计中的关键问题,讨论了机器臂及手腕的结构,设计了测量机器人的总体结构。研究了机器人的基本型式和传动结构,确定了测量机器人的结构型式。通过分析现有机器人的结构,机械臂驱动采用交流伺服电机驱动谐波齿轮传动方式实现,腕部结构则采用同步带传动结构方式。形成了6自由度测量用机器人的总体结构设计图。 对测量机器人进行了运动学分析,建立了测量机器人的运动学方程及其雅可比矩阵。利用Denavit—Hartenbeg标准参数建立了测量机器人的关节坐标系,利用连杆变换矩阵对测量机器人进行了正运动学分析,获得了机器人运动学方程。通过机器人逆运动学分析,得到了测量机器人的运动学逆解。最后利用微分变换法,获取机器人雅可比矩阵。 利用机器人工具箱实现了测量机器人运动学和动力学仿真。利用Denavit—Hartenbeng参数建立机械臂模型,通过动态模拟机器人图形便于了解机器人的工作空间。从机器人轨迹仿真中可以发现不同关节位姿对末端执行器轨迹的影响。在动力学仿真方面,实现了测量机器人的逆动力学仿真。机器大的运动学和动力学仿真为机器人设计及性能规划奠定了基础。 研究了测量机器人的轨迹自适应控制问题。用机器人系统的参数化性质,研究了其自适应控制方法。考虑关节摩擦影响,设计了一种利用期望轨迹直接进行补偿的期望补偿变结构自适应控制器。理论研究和仿真结果表明,利用该控制器机器人闭环系统的跟踪误差在有限时间可以很快收敛,避免了系统的不确定性对控制器的影响,保证了控制器对上述不确定性具有较强的鲁棒性。与传统的自适应控制方法相比,该控制器执行效率更高,鲁棒性更强。


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