2UPS-、RPU并联机器人的动力学与控制策略研究

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相对于传统的串联机器人,并联机器人具有结构紧凑、动态特性好、轨迹跟踪精度高、运行累计误差低等特点,这些特点很好的弥补了串联机器人的不足。目前,并联机器人的应用越来越广泛,少自由度并联机器人的研究更是吸引了大量学者的关注。本文以冯志友教授提出的含串联输入支链2UPS-RPU并联机器人为研究对象,对其运动学、动力学和控制策略等进行了深入的研究。  首先,介绍了2UPS-RPU并联机器人的结构特点,对并联机器人进行逆运动学分析,得到机构的速度及加速度方程。基于Lagrange法建立了该并联机器人的动力学模型,给出矩阵形式的动力学方程,并得出并联机器人的状态方程。  其次,基于2UPS-RPU并联机器人的状态方程,分别运用计算力矩控制法和基于动态规划的最优理论控制法对机器人系统进行控制,并利用MATLAB对2UPS-RPU并联机器人系统进行计算力矩控制和最优控制的动力学控制仿真,得到了有外界扰动影响时对系统控制的仿真结果,最后对比分析了这两种控制方法的抗干扰能力和实际控制效果。  最后,针对2UPS-RPU并联机器人在动力学建模时存在的未建模环节以及机器人在运动时所受到的外部干扰等诸多不确定性因素,提出应用鲁棒控制律对并联机构动平台进行运动轨迹跟踪控制,并运用Simulink进行仿真实验验证。仿真实验结果表明,鲁棒控制律对诸多不确定因素所产生的最坏影响有很好的抑制作用,可确保机构动平台具有较高的轨迹跟踪精度和较快的响应速度。
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