基于模糊控制下多自由度机械手臂控制技巧概述

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1、基于模糊控制下多自由度机械手臂控制技巧概述1绪论1.1课题及研究意义介绍了六自由度机械手臂的硬件总体结构，介绍了机械构件中所用器件的选择及性能特点，对其机械设计、驱动电机、控制器、通讯等进行了详细的论述，继而机械手臂的运动空间概念的提出，为后继的软件开发提供了必要设计依据。为了促进我国在该领域相关行业的发展需求，培养机器人的设计、研发、生产等方面的人才，很多高等院校已经开设机器人学课程。但关于该课程的实践教学手段并不是很成熟，有些院校购买国外较成熟的工业产品用于实践教学，但是并不具备开放性，学生无法更深入地了解其内部构造以及信息流的控制过程。本课题于某公司六自由度可编程

2、控制教学机器手臂的研发的项目。此平台以系统的方式为我们提供一个开放性的综合创新实验环境，帮助我们从系统的角度去认识机器手臂的机构设计、控制、传感、智能等功能，从而掌握六自由度机器手臂的机电系统的组成、功能及控制原理，掌握机器人机械传动部件的结构和特征，机器人关节驱动电机的选择和使用，编程和调试等。基于OpenGL三维软件，能方便快捷的操纵机械手到其能到达的地方，可自行修改控制算法完成机械手臂的运动。预留API接VI，可方便的让学生调用，以在一个机械手臂上设计自己所想的特定功能手臂。该教学机器人要求具备质量轻巧、重复定位精度为±lmm；能负重1Kg负载能力；

3、具备可编程能力、示教能力；提供程序接口便于更改控制算法；同时具有三维演示功能；具有高速通讯能力、具有手爪握力仿生功能、性价比极高。1.2教学机器人国内外研究状况首要介绍模糊控制、神经网络控制和模糊神经网络控制，在此基础上把模糊神经网络作为机械手臂的关节伺服控制器，利用它强大的推理能力和自学习能力，实现对机械手臂的轨迹跟踪控制，并对模糊神经网络的学习算法进行了融合改进，最后仿真验证方法的效果。随着科技的进步，人类终于把戏剧中的虚拟物变成现实，生产出了真正的机器人。近十几年来所说的机器人大多指的是工业机器人即机械手臂，根据它的发展过程可划分为以下三代：第一代是目前工业中大量

4、使用的示教再现型机械手臂。它主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。1958年美国Consolidated公司制作了第一台机械手臂，作为机械手臂产品出售的最早的是1962年美国的AMF公司推出的Verstran和Unimation公司推出的Unimate，这类机械手臂的控制器比较简单，早期用磁鼓、继电器等，后来使用微处理机代替。和一般数字闭环系统相比，它已具有根据示教的动作，自动生成定位数据和进行控制的能力。目前已经应用于工业喷漆和上下料等，国内外工业应用中的机械手臂绝大多数也都是这一类。第二代是目前正在推广的感觉判断型机械手臂。它是具有光觉、视觉、力觉、触觉、声觉和语

5、音识别等功能的工业机器人，具有一定的感受功能。机械手臂工作时能够根据感受的外界信息调整控制算法，自动改变作业程序，适应对象及环境的变化，它的控制方式比第一代机械手臂复杂。控制器采用微型计算机，可在线或离线编程。1979年UNIMATION公司研制推出的Puma系列工业机器人使第二代机械手臂的研究得到迅速广泛普及。..2六自由度机器手臂的组成及运动分析2.1六自由度机械臂的机构组成本课题中的机器臂由基座、大臂、中臂、小臂、手腕俯仰和手腕旋转六个自由度，手腕顶部是通过自主研究设计的手爪机构来实现对负载物体的抓取，这是典型的6R机器人。驱动方式：机械臂腰部是通过电机带动传动系

6、统来实现关节的旋转和弯曲，其中大臂、中臂、小臂以及手腕的俯仰四个旋转自由度则是通过电机辅助谐波减速器驱动来实现旋转运动。此驱动方式的优点在于：通过伺服电机来带动谐波减速器，其定位精度、输出功率的性能、及目标锁定稳定性能都可以得到兼顾。手爪机构的开合驱动及手腕旋转的自由度则是由内嵌式的两台电机来驱动。机器人手臂根据结构形式来划分可分为关节型机器人和非关节型机器人。在一般工业领域中的机器人基本都是关节型机器人。其主体是一个具有类似于人体上肢功能的关节型机械手臂，每个关节内都安装独立的驱动电机，由计算机的操作去实现机器人的动作。假如将机器手臂的每一个部分都抽象为同一系列的刚性

7、连接杆，则所有的机械手臂可以看作是一种开链的多连杆机构。本章重点在于介绍关节型机器人即机械手臂的动力学及运动学问题，通过分析机器手臂各个关节的正解和逆解，来得出给定执行器的期望轨迹从而进一步计算出每一个关节的运动姿态，以便为后续的应用研究打下扎实的基础。.2.2六自由度机器手臂的运动学分析2.2.1六自由度机械手臂的运动学模型机器手臂运动学主要研究机器人的机器机械手臂运动及手臂机构的姿态的运动学科。主要研究两种问题：一种是给定了机器手臂各关节的角度，要求计算出机器手臂姿态问题和末端执行器的位置，这是运动学正问题；另一种是己知末端执行器的姿