噪声测量用机械臂的结构及控制

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 测量用机械臂机械本体结构设计
• 2.1 机器人的基本参数及含义
• 2.2 机器人的结构形式
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 机器人的基本结构
• 2.2.3 手腕的基本结构
• 2.3 测量用机械臂的总体结构设计
• 2.3.1 测量用机械臂驱动方式的对比分析及选择
• 2.3.2 腰部回转驱动电机的选择及结构设计
• 2.3.3 下臂驱动电机的选择及结构设计
• 2.3.4 上臂驱动电机的选择及结构设计
• 2.3.5 手腕驱动电机的选择及结构设计
• 2.4 关键零件设计及强度校核
• 2.5 本章小结
• 第3章 测量用机械臂的运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 连杆变换矩阵及其乘积
• 3.3 测量用机械臂齐次坐标系的建立
• 3.4 测量用机械臂正运动学分析
• 3.5 测量用机械臂逆运动学分析
• 3.6 测量用机械臂的雅可比矩阵
• 3.7 本章小结
• 第4章 测量用机械臂的运动学和动力学仿真
• 4.1 机器人工具箱介绍
• 4.2 测量用机械臂运动学仿真
• 4.2.1 简单机器人模型的建立
• 4.2.2 测量用机械臂运动学仿真及分析
• 4.3 测量用机械臂的动力学仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 机械臂自适应控制
• 5.1 引言
• 5.2 机械臂系统模型
• 5.3 自适应控制
• 5.3.1 加速度反馈自适应控制
• 5.3.2 速度反馈自适应控制
• 5.3.3 仿真分析
• 5.4 期望补偿自适应控制
• 5.4.1 期望补偿自适应控制
• 5.4.2 仿真分析
• 5.5 期望补偿变结构自适应控制
• 5.5.1 期望补偿变结构自适应控制
• 5.5.2 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者在博士后期间所发表的论文
• 个人简历
• 永久通信地址