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以不确定性机器人系统为研究对象基于计算力矩算法的各种补偿控制策略,页数 90 字数 30318摘 要机器人的控制问题无论在理论界还是工程界多年来一直备受人们关注。众所周知，在机器人的各种控制算法中，基于模型的计算力矩控制方法是十分有效的，其操作性能也是相当优秀的。然而，这种控制算法必须面临两大难题，第一，必须实现对机器人...
内容介绍
此文档由会员 张阳阳 发布
以不确定性机器人系统为研究对象基于计算力矩算法的各种补偿控制策略
页数 90 字数 30318
摘 要
机器人的控制问题无论在理论界还是工程界多年来一直备受人们关注。众所周知，在机器人的各种控制算法中，基于模型的计算力矩控制方法是十分有效的，其操作性能也是相当优秀的。然而，这种控制算法必须面临两大难题，第一，必须实现对机器人动力学模型的快速计算；第二，必须事先精确了解机器人的动力学模型，因为计算力矩算法在模型未知的情况下鲁棒性较差。但在实际中，即使获得一个较为理想的机器人动力学模型也是很困难的，何况在操作过程中机器人动力学模型的各个参数可能发生变化，同时还受到环境干扰和负载变化等许多不确定性因素的影响。这是否说明计算力矩算法无能为力呢？
本论文以具有完整动力学模型的机器人系统，即不确定性机器人系统为研究对象，在现有文献的基础上，重点探讨基于计算力矩算法的各种补偿控制策略。
本论文首先介绍机器人的发展概论概况，然后对计算力矩控制算法的基本思想和主要特点作详细的阐述，紧接着探讨基于计算力矩结构不确定性机器人的补偿控制方案，其中的基本思想都是将不确定性机器人系统分解成标称系统和不确定系统：对于标称系统，采用计算力矩控制；对于不确定系统，利用机器人系统的回归矩阵或集中不确定性上界的包络函数，设计不同的补偿控制器。两者叠加作为整个机器人系统的控制输入，使机器人闭环系统实现全局一致最后有界、渐近稳定甚至指数稳定。对所设计的控制器分析了稳定性、鲁棒性等品质指标，并且对同一个二自由度串联机器人的计算机仿真证明了其有效性和可行性。
关键词 不确定性机器人，计算力矩控制，鲁棒自适应，全局稳定最后有界，机器人运动学，S-Function仿真
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 机器人学的发展 1
1.2.1 机器人的定义 1
1.2.2 机器人的分类 2
1.2.3 工业机器人的发展概况 3
1.3机器人结构与工作原理 5
1.3.1机器人系统的的结构 5
1.3.2 机器人系统的工作原理 5
1.4 本课题研究的内容、目的和意义 6
1.4.1 内容 6
1.4.2目的 6
1.4.3意义 6
第2章 机器人学及预备知识 7
2.1机器人的运动学 7
2.1.1 运动学正向问题 7
2.1.2运动学逆向问题 8
2.2机器人的动力学 11
2.2.1 机器人平动运动动力学模型建立 11
2.1.2 机器人旋转运动动力学模型的建立 13
2.3预备知识 14
2.3.1平行移动 14
2.3.2 旋转 15
2.3.3齐次变换 17
2.3.4 机器人的雅可比矩阵 17
2.4本章小结 21
第3章 机器人数学模型建立 23
3.1应用拉格郎日方法建立机器人动力学模型 23
3.2机器人完整动力学模型的建立 27
3.3机器人动力学结构特性 28
3.4仿真模型的建立 30
3.5预备知识 31
3.6本章小结 33
第4章 机器人的计算力矩控制 35
4.1 计算力矩法的基本思想 35
4.2 仅对标称模型的计算力矩控制 35
4.3 仿真研究 37
4.5本章小结 38
第5章 应用计算力矩的补偿控制结构 39
5.1集中补偿不确定性的控制策略 40
5.1.1不确定性约束参数 已知 41
5.1.2 不确定性约束参数 未知 46
5.2 不确定性分解的鲁棒自适应控制 51
5.3本章小结 55
结 论 57
参考文献 59
附录1 61
附录2 63
附录3 79
附录4 89
致谢 97
参考文献
1 柳洪义，宋伟刚．机器人技术基础．北京：冶金工业出版社，2002
2 熊有伦．机器人学导论．北京：机械工业出版社，1993
3 申铁龙．机器人鲁棒控制．北京：清华大学出版社，2000
4 孙迪生，王炎．机器人控制技术．北京：机械工业出版社，1997
5 高德林．机器人学导论，上海：上海交通大学出版社，1988
页数 90 字数 30318
摘 要
机器人的控制问题无论在理论界还是工程界多年来一直备受人们关注。众所周知，在机器人的各种控制算法中，基于模型的计算力矩控制方法是十分有效的，其操作性能也是相当优秀的。然而，这种控制算法必须面临两大难题，第一，必须实现对机器人动力学模型的快速计算；第二，必须事先精确了解机器人的动力学模型，因为计算力矩算法在模型未知的情况下鲁棒性较差。但在实际中，即使获得一个较为理想的机器人动力学模型也是很困难的，何况在操作过程中机器人动力学模型的各个参数可能发生变化，同时还受到环境干扰和负载变化等许多不确定性因素的影响。这是否说明计算力矩算法无能为力呢？
本论文以具有完整动力学模型的机器人系统，即不确定性机器人系统为研究对象，在现有文献的基础上，重点探讨基于计算力矩算法的各种补偿控制策略。
本论文首先介绍机器人的发展概论概况，然后对计算力矩控制算法的基本思想和主要特点作详细的阐述，紧接着探讨基于计算力矩结构不确定性机器人的补偿控制方案，其中的基本思想都是将不确定性机器人系统分解成标称系统和不确定系统：对于标称系统，采用计算力矩控制；对于不确定系统，利用机器人系统的回归矩阵或集中不确定性上界的包络函数，设计不同的补偿控制器。两者叠加作为整个机器人系统的控制输入，使机器人闭环系统实现全局一致最后有界、渐近稳定甚至指数稳定。对所设计的控制器分析了稳定性、鲁棒性等品质指标，并且对同一个二自由度串联机器人的计算机仿真证明了其有效性和可行性。
关键词 不确定性机器人，计算力矩控制，鲁棒自适应，全局稳定最后有界，机器人运动学，S-Function仿真
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 机器人学的发展 1
1.2.1 机器人的定义 1
1.2.2 机器人的分类 2
1.2.3 工业机器人的发展概况 3
1.3机器人结构与工作原理 5
1.3.1机器人系统的的结构 5
1.3.2 机器人系统的工作原理 5
1.4 本课题研究的内容、目的和意义 6
1.4.1 内容 6
1.4.2目的 6
1.4.3意义 6
第2章 机器人学及预备知识 7
2.1机器人的运动学 7
2.1.1 运动学正向问题 7
2.1.2运动学逆向问题 8
2.2机器人的动力学 11
2.2.1 机器人平动运动动力学模型建立 11
2.1.2 机器人旋转运动动力学模型的建立 13
2.3预备知识 14
2.3.1平行移动 14
2.3.2 旋转 15
2.3.3齐次变换 17
2.3.4 机器人的雅可比矩阵 17
2.4本章小结 21
第3章 机器人数学模型建立 23
3.1应用拉格郎日方法建立机器人动力学模型 23
3.2机器人完整动力学模型的建立 27
3.3机器人动力学结构特性 28
3.4仿真模型的建立 30
3.5预备知识 31
3.6本章小结 33
第4章 机器人的计算力矩控制 35
4.1 计算力矩法的基本思想 35
4.2 仅对标称模型的计算力矩控制 35
4.3 仿真研究 37
4.5本章小结 38
第5章 应用计算力矩的补偿控制结构 39
5.1集中补偿不确定性的控制策略 40
5.1.1不确定性约束参数 已知 41
5.1.2 不确定性约束参数 未知 46
5.2 不确定性分解的鲁棒自适应控制 51
5.3本章小结 55
结 论 57
参考文献 59
附录1 61
附录2 63
附录3 79
附录4 89
致谢 97
参考文献
1 柳洪义，宋伟刚．机器人技术基础．北京：冶金工业出版社，2002
2 熊有伦．机器人学导论．北京：机械工业出版社，1993
3 申铁龙．机器人鲁棒控制．北京：清华大学出版社，2000
4 孙迪生，王炎．机器人控制技术．北京：机械工业出版社，1997
5 高德林．机器人学导论，上海：上海交通大学出版社，1988
