多移动机械臂系统的轨迹规划与跟踪控制

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本文以多移动机械臂系统为研究对象,在多移动机械臂系统的轨迹规划和运动控制方面做出了初步的探索。多移动机械臂系统是由多个移动机械臂组成的共同作业系统,其研究涉及机械、控制、力学、数学最优化等学科,是一门多学科交叉的研究领域。因此对于多移动机械臂系统的研究具有重要的理论价值和学科意义。此外,多移动机械臂系统可用于工业现场、野外勘探、家庭服务等,具有广泛的应用前景。多移动机械臂系统的研究是一个极富挑战性的课题。移动机械臂的协调操作增加了系统的复杂性。轮式移动平台给系统带来非完整约束;移动操作臂的大范围关节运动使得系统的非线性特征更加明显;多移动操作臂的协调运作构成一个封闭的运动链,增加了运动约束和力约束;另外,对操作目标的抓握力量也需要进行恰当的控制。本文从研究角度出发,探索了多移动机械臂系统的通用的轨迹规划和跟踪控制方法。在轨迹规划方面,本文根据多移动机械臂系统的动力学模型以及关节力矩、位姿和速度等限制,通过B样条曲线插值产生多移动机械臂系统的关节位置、速度及加速度轨迹,在关节空间中实现规划。本文的规划方法以系统的抓举重量、能量耗费和花费时间为综合优化指标,可以实现在系统能耗尽量小的前提下短时间内抓取尽量重的物体。在运动控制方面,结合多移动机械臂系统的动力学模型,提出了基于模型参考自适应的跟踪控制。本文的控制方法在动力学模型参数变化和系统存在干扰的情况下仍然能完成稳定的控制,完成对所有移动机械臂的轨迹跟踪,同时约束系统中操作目标物体所受内力于一个安全的范围内。最后,本文给出多移动机械臂系统的仿真平台设计方法,并以两个5自由度的二连杆移动机械臂组成的多移动机械臂系统为仿真对象,验证了本文提出的轨迹规划和跟踪控制方法的有效性。
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