六自由度機(jī)械臂末端軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、本文以六自由度機(jī)械臂為研究對(duì)象,基于Udwadia-Kalaba方程的動(dòng)力學(xué)模型分析,將其用于六自由度機(jī)械臂軌跡跟蹤控制,為機(jī)械臂軌跡跟蹤控制器的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　對(duì)于六自由度機(jī)械臂的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué),通過(guò)三維空間位姿描述方法以及機(jī)械臂連桿坐標(biāo)系建立方法,利用D-H參數(shù)得到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換公式,從而建立機(jī)械臂的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上,采用雙變量反正切函數(shù)分析得到了機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的封閉解。
　　通過(guò)約束理論、

2、偽逆矩陣、拉格朗日方程及高斯最小拘束原理的介紹,推導(dǎo)了Udwadia-Kalaba方程。結(jié)合Baumgarte約束違約穩(wěn)定法可以解決Udwadia-Kalaba方程不適用于不相容初始條件的問(wèn)題。
　　根據(jù)D-H連桿坐標(biāo)系,首先按照拉格朗日方法推導(dǎo)出機(jī)械臂的無(wú)約束運(yùn)動(dòng)模型,然后采用歐拉角描述機(jī)械臂末端連桿約束姿態(tài),與正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程聯(lián)立,得出廣義坐標(biāo)形式的姿態(tài)約束矩陣方程,通過(guò)求解歐拉角逆解,建立描述機(jī)械臂姿態(tài)的約束方程式,從而利用Ud

3、wadia-Kalaba方程建立機(jī)械臂系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行軌跡跟蹤控制。
　　仿真采用了Matlab仿真及與Adams軟件的聯(lián)合仿真,Matlab仿真按照初始條件是否相容,從固定姿態(tài)約束到姿態(tài)軌跡約束的情況依次進(jìn)行,聯(lián)合仿真考慮不相容初始條件與姿態(tài)軌跡約束的一般情況,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的軌跡跟蹤控制,是對(duì)理論研究成果的驗(yàn)證。
　　通過(guò)這些研究工作得出基于 Udwadia-Kalaba方程的六自由度機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法能夠以較高的精度