濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不確定性補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人魯棒滑?？刂品椒ㄑ芯?pdf

1、隨著機(jī)器人在深空探測、核工業(yè)、深海探測等特殊與極端環(huán)境下越來越廣泛的應(yīng)用，及機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不確定性的存在，普通機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳統(tǒng)的經(jīng)典機(jī)器人控制方法已不能滿足使用環(huán)境下高精度控制的要求。因此，新型高性能機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的研制、不確定性補(bǔ)償方法及機(jī)器人高級控制、智能控制方法已成為航空、航天、航海、核工程等領(lǐng)域的重要課題。重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王家序教授等發(fā)明了高精度、高可靠、長壽命、大扭矩、低能耗、小體積、輕量化、大傳動(dòng)比等方面具

2、有特殊優(yōu)勢的濾波驅(qū)動(dòng)裝置與智能機(jī)器人集成系統(tǒng)（發(fā)明專利公開號(hào)：ZL200910104663.7）和高可靠精密驅(qū)動(dòng)裝置（發(fā)明專利公開號(hào)：ZL200910104672.6）。因此，基于上述專利，本論文研究由濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿、末端執(zhí)行器及控制器構(gòu)成的機(jī)器人系統(tǒng)，簡稱為“濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器人”，分析了濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不確定性存在的危害和補(bǔ)償?shù)谋匾?。通過實(shí)驗(yàn)研究，獲得了機(jī)器人濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)摩擦模型參數(shù)、回差、剛度。針對是否考慮機(jī)器人濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩

3、擦、死區(qū)、側(cè)隙回差及剛度變化情況，本文建立了不同的Lagrange動(dòng)力學(xué)模型，提出了用模糊徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RBFNN）對濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)摩擦、側(cè)隙回差不確定性進(jìn)行補(bǔ)償，及用模糊邏輯方法對機(jī)器人的死區(qū)不確定性進(jìn)行補(bǔ)償，并分別提出了集成不確定性前饋補(bǔ)償器的數(shù)字離散魯棒滑?？刂品椒?、連續(xù)魯棒滑模控制方法及反演滑?？刂品椒?，分析了各種混合控制器的李雅普諾夫穩(wěn)定性，并進(jìn)行了數(shù)值仿真。MATLAB仿真結(jié)果表明，本文提出的控制方法對濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器

4、人的控制和實(shí)驗(yàn)研究具有重要的理論研究和應(yīng)用價(jià)值。
　　通過分析目前國內(nèi)外機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其不確定性補(bǔ)償方法、機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，以及針對機(jī)器人諧波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、RV驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等存在的問題，論文采用濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來構(gòu)建高精度、高可靠、高品質(zhì)、長壽命的機(jī)器人，提出了濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不確定項(xiàng)智能補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人混合滑?？刂品椒?，對濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器人樣機(jī)搭建具有現(xiàn)實(shí)的研究價(jià)值和使用意義。
　　論文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)：
　　1．機(jī)器人濾

5、波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)研究及參數(shù)辨識(shí)。通過參考國內(nèi)外諧波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、案例，本文提出了濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方案，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，獲得了濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)摩擦模型、剛度、回差等參數(shù)，這些為濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型建模及控制提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐；
　　2．結(jié)合非線性、強(qiáng)耦合的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，本文提出了采用3個(gè)模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機(jī)器人濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的不確性項(xiàng)-LuGre動(dòng)態(tài)摩擦進(jìn)行分塊補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人數(shù)字魯棒滑?？刂扑?/p>

6、法，在線、自適應(yīng)訓(xùn)練非線性動(dòng)態(tài)摩擦項(xiàng)的參數(shù)，并分析了該算法的Lyapunov穩(wěn)定性。通過在2自由度濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上的仿真，證明了該算法具有高精度、高品質(zhì)、穩(wěn)定、強(qiáng)魯棒性的特點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了該機(jī)器人的摩擦模型中存在類菱形吸引子等非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。
　　3．結(jié)合非線性、強(qiáng)耦合的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，本文提出了采用1個(gè)模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊邏輯，分別對機(jī)器人濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的非線性不確性項(xiàng)-LuGre動(dòng)態(tài)摩擦項(xiàng)和非對稱死區(qū)項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)償，并實(shí)時(shí)、自

7、適應(yīng)訓(xùn)練非線性動(dòng)態(tài)摩擦項(xiàng)及非對稱死區(qū)項(xiàng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)準(zhǔn)確再現(xiàn)的魯棒滑?？刂频乃惴?，并論證了該算法的Lyapunov穩(wěn)定性。通過在2自由度濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上的仿真，證明了該算法具有高精度、高品質(zhì)、穩(wěn)定、強(qiáng)魯棒性的特點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了該機(jī)器人控制力矩的脈沖式補(bǔ)償誤差、摩擦模型中存在類菱形吸引子、衰減振蕩等非線性動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。而死區(qū)補(bǔ)償能提高機(jī)器人軌跡跟蹤的精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)定性、可靠性，以及死區(qū)逆模型中?的估計(jì)對機(jī)器人系統(tǒng)的死區(qū)力矩補(bǔ)

8、償發(fā)揮了關(guān)鍵作用。同時(shí)，初始位姿對機(jī)器人的控制力矩大小、穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。
　　4．在考慮機(jī)器人濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦、側(cè)隙回差和柔性的基礎(chǔ)之上，本文提出了對濾波驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)態(tài)摩擦、間隙不確定性進(jìn)行模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償，并實(shí)時(shí)、自適應(yīng)訓(xùn)練不確定項(xiàng)的參數(shù)，同時(shí)結(jié)合反演滑模控制方法實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的自適應(yīng)控制，并論證了該算法的Lyapunov穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，該方法提高了機(jī)器人軌跡跟蹤精度、力矩控制精度及穩(wěn)定性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)