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冗余度机器人机构中的混沌及其控制

张登材  
【摘要】:冗余度机器人系统是一个高度耦合的非线性系统,包含着丰富的动力学特性,认识该系统中的混沌现象并对此加以控制和利用,将为进一步挖掘其冗余能力、改善其工作性能、优化其控制器的设计等提供新的途径,具有重要的理论意义和应用价值。为此,本文对冗余度机器人机构中的混沌运动及其控制进行了研究。 首先,在对混沌的基本理论进行研究的基础上,提出了用混沌数值分析方法中的相图法、Poincare映射法和最大Lyapunov指数法识别冗余度机器人中的混沌运动的具体实现方法。 其次,首次研究出平面冗余度机器人用PD调节器控制其末端重复跟踪工作空间内的封闭路径并利用其冗余度来进行回避奇异、躲避障碍、最小化关节驱动力矩规划时,其自运动状态与不同的Jacobian矩阵运动学逆解方法之间的关系:首次找到了空间冗余度机器人利用P调节器或PD调节器控制其末端重复跟踪工作空间内的封闭路径时,其自运动状态与不同的分解运动控制方法之间的关系。 最后,首次提出了基于延迟反馈的冗余度机器人高维系统混沌运动的控制方法。在该方法中,微扰控制变量、延迟时间τ、反馈权重因子k、加入延迟反馈控制信号的时间的选取,是把冗余度机器人的混沌运动转变成规则的周期运动的关键因素。 借助于Matlab软件实现了上述冗余度机器人在该软件环境下的混沌运动的识别与控制的程序自动化。


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