Delta并联机器人运动控制及轨迹跟踪技术研究
Delta并联机器人具有刚度大、速度快、精度高的优点，在需要进行重复的快速抓取动作的场合能够很好的替代人类劳动，被广泛的应用在许多有重要应用价值的工业领域中。本文以平面三自由度Delta并联机器人为研究对象，设计了三种控制方案进行轨迹跟踪控制，并使用软件MATLAB/Simulink进行仿真验证。本文的具体工作如下： 针对三自由度Delta并联机器人，本文建立并分析了它的运动学模型和动力学模型。本文首先分析了三自由度Delta并联机器人的运动学反解，并使用几何法得到了其运动学正解的唯一解析解。在此基础上，推导了它基于结构约束的雅克比矩阵。然后基于虚功原理，通过引入虚拟杆模型简化Delta机构的质量矩阵和重力矩阵，推导出了简化后的Delta并联机器人动力学模型数学表达式。 考虑其强耦合、非线性，且受参数不确定性和未知扰动影响的特点，本文设计了一个基于模糊自适应滑模控制器对它进行轨迹跟踪控制，首先介绍了滑模控制的基本原理，在理论上对滑模控制系统的可达性及稳定性条件进行分析，讨论了滑模控制的相关问题。之后针对滑模控制高频情况下的抖振问题，提出了一种新的模糊自适应滑模鲁棒控制算法。该控制算法可消除抖振，且对系统所受扰动不敏感，具有良好的跟踪性能和鲁棒性。 针对Delta并联机器人的轨迹跟踪控制问题，本文还设计了一个基于LMI的自抗扰轨迹跟踪控制器。在系统局部满足Lipschitz条件的情况下，设计针对系统的观测器和反馈控制器，通过求解两个线性矩阵不等式(LMIs)，可以同时求出观测器的增益矩阵和反馈控制器的增益矩阵，最终实现对非线性系统的轨迹跟踪控制，并且满足系统对外部扰动是输入到状态稳定的。而且两个LMIs之间没有耦合，即实现了非线性系统下观测器和控制器的“分离”。 最后，考虑Delta并联机器人在刚性环境中受外力干扰时的运动情况，本文结合阻抗控制和反步法设计了一个阻抗反步控制器对机器人运动末端的刚度进行控制，讨论了机器人在有外力干扰和无外力干扰两种情况下的轨迹跟踪效果。
Delta并联机器人;轨迹跟踪;模糊自适应滑模控制;自抗扰控制;阻抗反步控制
华南理工大学
硕士
控制科学与工程
刘伟东
2022
中文
TP242
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）