【摘 要】
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近年来并联机器人研究成为一个新的热点,并联机器人以其刚度大、精度高、承载能力强等优点展现出比串联机器人更佳的优越性,而并联机器人又具有不确定性、高度非线性、机构控
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近年来并联机器人研究成为一个新的热点,并联机器人以其刚度大、精度高、承载能力强等优点展现出比串联机器人更佳的优越性,而并联机器人又具有不确定性、高度非线性、机构控制复杂、机构内部存在较大耦合内力、工作空间中存在奇异位形点等问题,极大地限制了并联机器人在现实中的广泛应用。冗余力控制技术可以有效解决并联机构以上问题。本文以6PUS-UPU冗余驱动并联机器人为研究对象,针对该机构的相关问题进行研究,主要研究内容如下:首先,分析6PUS-UPU冗余驱动并联机器人机构,基于凯恩法建立机器人的动力学模型。利用二范数最小解方法对冗余驱动力进行优化,求解出冗余驱动分支的驱动力,为冗余分支驱动力控制性能评价提供依据。其次,针对并联机器人参数时变、负载扰动和其它不确定问题,建立永磁同步电机矢量控制精确模型,取代了以往的传递函数简化模型。并联机器人冗余分支控制要求永磁同步电机具有很好的力矩跟踪能力和抗干扰能力,因此,在冗余分支永磁同步电机力矩控制中引入模型预测控制算法(MPC),并进行了ADAMS/MATLAB联合仿真验证。最后,针对并联机器人控制中模型预测控制器计算量较大、参数调节复杂的问题,提出了PID模型预测控制(PPC)算法和模糊预测控制(FPC)算法,PPC算法能充分发挥PID控制原理简单,参数调节方便的优点,易于工程实现。FPC算法是在预测控制算法的基础上,引入模糊控制机理,使预测控制算法本身最大限度的减小控制时域长度,减小计算工作量,提高系统控制的实时性,改善原模型预测控制系统的动态跟踪性能和鲁棒性。然后对所提出的改进方法进行了ADAMS/MATLAB联合仿真验证。本文的研究工作为6PUS/UPU冗余驱动并联机器人的深入研究和工程应用奠定了理论基础,研究成果有望为重载设备精密装配、太空舱对接以及高精度复杂曲面加工等实际工程领域提供理论和技术支撑。
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