Delta并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與動(dòng)力學(xué)控制.pdf

1、Delta機(jī)器人是一種并聯(lián)機(jī)器人，主要可以實(shí)現(xiàn)包裝、分揀、輕量搬運(yùn)等工序，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在電子、食品、制藥、醫(yī)療等行業(yè)。在高速高精的工作場(chǎng)合下，機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性變得明顯，傳統(tǒng)的基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的控制方法存在控制精度不高、控制能量較大等缺點(diǎn)，同時(shí)Delta機(jī)器人整體是個(gè)強(qiáng)耦合、非線性系統(tǒng)，這些給控制帶來一定挑戰(zhàn)。機(jī)器人連桿的質(zhì)心、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)存在測(cè)量誤差，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)可能部分未知或存在偏差，通常建立的動(dòng)力學(xué)模型只是實(shí)際模型的估計(jì)，研

2、究動(dòng)力學(xué)模型的偏差對(duì)控制效果的影響很重要。PID控制器因其原理簡(jiǎn)單、魯棒性好、可靠性高，一直是工業(yè)過程控制中應(yīng)用最廣的控制器。PID參數(shù)整定方法通常有基于經(jīng)驗(yàn)和基于智能算法兩種方法，前者整定過程較繁瑣且需要一定的經(jīng)驗(yàn)，后者算法較復(fù)雜且計(jì)算量大。因而，尋找一種簡(jiǎn)單、普適的PID參數(shù)自整定方法尤為重要。針對(duì)以上的問題，本文以Delta并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象，研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及基于動(dòng)力學(xué)的解耦控制問題，并提出基于隨機(jī)粒子法的

3、PID參數(shù)自整定方法。
　　本文首先分析了Delta并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)。求解機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解并結(jié)合Delta實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證其正確性;提出了一種繪制機(jī)器人可達(dá)工作空間簡(jiǎn)單高效的方法;建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)正解并驗(yàn)證了模型的正確性;推導(dǎo)了雅可比矩陣、逆速度、逆加速度的表達(dá)式;分析了機(jī)器人的奇異位型;結(jié)合機(jī)器人自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種解決從動(dòng)臂的質(zhì)量分配問題的方法，大大簡(jiǎn)化逆動(dòng)力學(xué)方程的建立過程。然后，進(jìn)行了Delt

4、a并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃----路徑與軌跡規(guī)劃。為確定機(jī)器人的最短軌跡規(guī)劃時(shí)間，提出了求解Delta機(jī)器人沿工作空間任意路徑的極限速度和極限加速度的方法;提出了一種Delta機(jī)器人路徑與軌跡規(guī)劃的方法，推導(dǎo)了理論的最短軌跡規(guī)劃時(shí)間的表達(dá)式。其次，研究了Delta并聯(lián)機(jī)器人在關(guān)節(jié)空間及任務(wù)空間的計(jì)算力矩解耦控制方法。推導(dǎo)了關(guān)節(jié)空間及任務(wù)空間的計(jì)算力矩解耦控制方法的控制率，證明了在慣性矩陣、哥氏力與離心力、重力項(xiàng)在理想與非理想估計(jì)下，該控制系

5、統(tǒng)是全局漸進(jìn)穩(wěn)定的;為分析慣性矩陣、哥氏力與離心力、重力項(xiàng)的偏差對(duì)控制效果的影響，提出了施加隨機(jī)干擾方法，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)，比較了不同的擾動(dòng)系數(shù)對(duì)控制效果的影響。再次，構(gòu)造出PID參數(shù)優(yōu)化指標(biāo)的綜合表達(dá)式，提出了基本的隨機(jī)粒子法與改進(jìn)的隨機(jī)粒子法自整定PID參數(shù)的方法。定義粒子的直積空間及粒子在直積空間的尋優(yōu)迭代規(guī)則，為解決粒子竄出直積空間的問題，提出了“鏡面模型”;為提高隨機(jī)粒子法的搜索精度和局部搜索能力，提出了改進(jìn)的隨機(jī)粒子法。仿真實(shí)驗(yàn)