解耦關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)及其操作臂控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、機(jī)器人技術(shù)是21世紀(jì)的研究熱點(diǎn),為了更好地開展冗余度智能機(jī)器人方面的研究,東南大學(xué)機(jī)械工程系自主研制了雙臂冗余類人機(jī)器人系統(tǒng).本論文圍繞著該機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了操作臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、視覺定位算法、路徑規(guī)劃算法和控制系統(tǒng)等方面的研究與探索.在分析運(yùn)動(dòng)解耦的基礎(chǔ)上,給出了結(jié)構(gòu)解耦的條件,提出了只有結(jié)構(gòu)解耦才能做到運(yùn)動(dòng)解耦的命題;在結(jié)構(gòu)解耦的前提下,設(shè)計(jì)研究了一種3自由度回轉(zhuǎn)軸線能夠垂直交于一點(diǎn)的液壓伺服解耦關(guān)節(jié),并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);在分析了原YJP-Ⅱ

2、機(jī)器人操作臂的基礎(chǔ)上,針對(duì)所存在的問題,設(shè)計(jì)了兩種新型的YJP-ⅢA和YJP-ⅢB機(jī)器人操作臂.軸孔裝配任務(wù)的前提,必須知道目標(biāo)物體在空間的位姿,因此,設(shè)計(jì)研究了一種4自由度雙目立體視覺裝置,用于檢測(cè)目標(biāo)物體在空間的位姿;針對(duì)用于檢測(cè)目標(biāo)物體在空間的位姿的一種新4自由度雙目立體視覺裝置,建立了攝像機(jī)模型;提出了利用激光源來解決目標(biāo)物體上的同一點(diǎn)在兩幅CCD圖像上的快速匹配問題,計(jì)算量小,同時(shí),簡(jiǎn)化了攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定;研究了目標(biāo)物體空間位

3、姿的算法,并通過算例進(jìn)行了驗(yàn)證.給出了可達(dá)空間函數(shù)和可達(dá)能力的表達(dá)式;研究了可達(dá)能力與操作臂參數(shù)的關(guān)系;提出了操作臂可達(dá)目標(biāo)的存在條件.建立了通用操作臂規(guī)劃模型,設(shè)計(jì)了規(guī)劃器;將SWIFT算法用于操作臂運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的尋優(yōu)命題,并提出了動(dòng)態(tài)解區(qū)間的概念;針對(duì)SWIFT算法易于陷入局部最優(yōu)解,提出了H-VOA算法,并與H-COA、H-NGA算法進(jìn)行了比較,證明其搜索能力強(qiáng);對(duì)兩種類型的操作臂跟蹤定點(diǎn)、定位姿、連續(xù)軌跡和雙臂協(xié)調(diào)進(jìn)行了驗(yàn)證,證明

4、算法是可行的.利用拉格朗日方程,研究并建立了操作臂的動(dòng)力學(xué)模型,通過仿真試驗(yàn)和理論分析證明了系統(tǒng)是穩(wěn)定的,并闡述了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因;采用MATLAB對(duì)操作臂的輸出響應(yīng)進(jìn)行了大量仿真,根據(jù)仿真結(jié)果,對(duì)操作臂模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化后的模型與原模型的輸出特性基本相同,因此,用簡(jiǎn)化模型代替原模型是可行的,簡(jiǎn)化了計(jì)算,為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ).研究了因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來的死區(qū),在操作臂跟蹤目標(biāo)位置時(shí)造成位置跟蹤誤差這一問題,探討了消除位置跟蹤誤差

5、的控制補(bǔ)償方法,運(yùn)用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制方法,提出了變?cè)鲆嫜a(bǔ)償方法能夠有效地消除位置跟蹤誤差這一思想,并通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了這一方法的可行性.最后,設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng),并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了規(guī)劃算法和電機(jī)控制算法的正確性.總之,本文研究分析了雙臂類人機(jī)器人的操作臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提出了利用激光源來解決目標(biāo)物體上的同一點(diǎn)在兩幅CCD圖像上的快速匹配問題,討論了操作臂可達(dá)目標(biāo)的存在條件,探討了操作臂最優(yōu)路徑規(guī)劃的算法,建立了操作臂的動(dòng)力學(xué)模型,研究了消除