冗余驱动六自由度并联机器人控制策略研究

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并联机器人具有刚度大、自重负荷比小、精度高等优点,特别是在许多领域中的重要应用,弥补了串联机器人的不足,扩大了整个机器人的应用范围。但目前关于并联机器人的动力学分析和控制策略的研究还相对较少,许多方向还有待进一步研究与开发,这些都限制了并联机器人的推广应用。本文以8输入6自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,介绍了冗余驱动的基本原理,求出了其逆运动学方程,建立动力学模型,并进一步推出动力学方程。根据冗余驱动并联机器人的构造特点简化机器人模型,实现机器人运动仿真;分别设计PID控制器和模糊自适应PID控制器,对6自由度冗余并联机器人进行运动控制,仿真结果表明,模糊自适应PID控制可以取得更好的控制效果。首先,本文详细介绍了机器人及并联机器人的发展及研究现状,总结了目前并联机器人研究领域取得的成就和存在的问题,提出了本文研究的内容、目的及意义。其次,介绍了8输入6-DOFs冗余驱动并联机器人构造原理,利用自均力驱动模块和冗余驱动的原理,可以降低机器人系统的复杂程度,为进一步的控制打下基础。接着,在前人提出的并联机器人模型的基础上,本文引入了8输入6-DOFs并联机器人模型,并进一步分析6-DOFs并联机器人运动学问题,建立逆运动学方程。根据拉格朗日法分析并联机器人的特征,建立拉格朗日动力学方程。然后,总结了机器人控制理论,介绍了机器人分层控制的方法,进行冗余输入并联机器人运动学和动力学仿真。根据机器人的结构,优化控制模型,以电机为主要控制对象设计PID和模糊自适应PID控制器,使用MATLAB对并联机器人各支路进行运动控制仿真。最后,对本文的研究工作进行了总结,并展望其进一步研究的方向。
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