6-DOF并联机器人动力学建模、非线性解耦及控制

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本文首先介绍了机器人及并联机器人研究的发展状况,其次介绍了微分几何解耦控制的基本理论,包括微分几何控制理论中的基本概念、基本定理、推论以及一些命题和结论。然后介绍了机器人学中常用的基本术语和基本概念,在此基础上建立了6-DOF并联机器人的Lagrange动力学模型,并将其转换为状态空间模型。最后,以6-DOF并联机器人的状态空间模型为研究对象,将非线性状态反馈解耦方法运用到6-DOF并联机器人系统的动力学控制中,利用微分几何控制理论,求得了并联机器人系统的非线性状态反馈解耦控制律,并总结出了并联机器人的动力学非线性解耦算法。为了使并联机器人非线性解耦控制系统达到稳定解耦,又求取了一个镇定控制律,从而使6-DOF并联机器人闭环系统不仅解耦而且是稳定解耦。作为所得解耦控制系统的一个应用以及出于对系统鲁棒性的考虑,还简单地设计了一个MRAC自适应控制器,用来同时达到轨迹跟踪和加强系统鲁棒性的目的。为了验证理论推导的正确性,在本文的第四章,对所得到的6-DOF并联机器人动力学稳定解耦控制系统进行了大量的计算机数字仿真试验,并编制了仿真程序。仿真结果表明,本文所设计的6-DOF并联机器人非线性解耦控制系统理论推导正确合理,而且在理论上已经使6-DOF并联机器人达到了完全稳定解耦。此外,本文还对解耦后的机器人系统做了轨迹跟踪仿真试验,并编制了仿真程序。结果表明,解耦后的6-DOF并联机器人系统有较好的跟踪轨迹能力。在本文的附录中,给出了仿真程序的源代码及必要的说明。
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