基于模糊滑模变结构理论的3-rpc型并联机器人控制系统研究

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1、第一章绪论第一章绪论1.1引言机器人的飞速发展是社会高科技进步的一个重要表现，机器人是能代替人完成各种任务的自动化机械,机器人极大地提高了工作效率，人的劳动强度也得到改善。随着机器人技术的崛起，并飞速发展，对世界上的工业发展、海洋探索、国防，日常生活和对世界经济产生了很大的影响。有许多的专家和研究人员都在进行这方面的研究并取得了丰厚的成绩，使得机器人技术从它的萌芽时期进入了一个充满活力的时代。在如何定义机器人中,在目前国际上都没有一致的规定,各国的学者的阐述都是不相同的：美国机器人协会则从应用方面,他们认

2、为机器人是有编程能力的，且能完成各种任务的多功能机械手；日本机器人协会对工业机器人的概述是，认为有记忆功能及终端执行器,且能代替人类工作的机器。我国学者蒋新松认为与人类似功能的机械电子设备，这样的机器人也更显示出拟人的特征。但综合各国学者的定义，可以这样表述为，机器人是动作与人或手脚是有相似的，并有一定的智能，在工业中有一能出经常用的到的，独立性，是一种人造人的机械电子装置。现在人们最常看到的一系列机器人多为串联机器人，串联机器人的性能和功能在逐渐提高，但其本身具有的缺陷是很难得到解决的，因此，上个世纪5

3、0年代并联机器人的发展也就脱颖而出，该并联机器人以其独特的优势可以弥补串联机器人中缺陷，它也被广泛的应用天机器人领域，也成了一类重点研究对象。表1为串联与并联机器人特点对比[1]。表1并联/串联机器人串联机器人并联机器人刚度小大承载能力弱强误差大小正解简单难反解难简单运动精度小大工作空间大小1万方数据第一章绪论在很多方面，并联机器人的应用范围很广，也起到了良好的作用，如武器系统、医学上等，但是并联机构是一个系统复杂，有强耦合、非线性的特点，从而导致更加难以对其进行控制研究，而且控制精度也不高，这给生产应用

4、带来了许多不方便。并联机器人机构的控制研究时间并不长，也不透彻，为让其在飞速发展的工业化中能发挥重要作用，应该加强对并联机器人机构的控制策略的研究。1.1并联机器人国内及国外的研究现状1.2.1国内外发展概述现在，也有了更多有研究人员来研究并联机器人技术，其研究面也逐渐变大。研究并联机器人机构可追溯到1965年，由工程师Stewart[2]写了“APlatformWithsixDegreesofFreedom”的文章，在文章中提出了一种独特的有6个自由度的运动平台，这种新型的运动平台初命名为Stewart

5、平台,由此而奠定了并联机构的基础。Stewart平台是由上(运动)平台，下(固定)平台，经6个相同的支链组成，其特征在于，6个支链是6根连杆可以独立的伸缩，连杆的两头都有一个球副来连接上，下平台。上(动)平台的运动是可以达到6个自由度的运动，其运动方式是由6个连杆的伸缩运动所产生的。即能在三维空间中可以有随意方向的转动及移动。在研究过程中发现，一个较小的工作空间是6自由度的Stewart并联机器人机构的一个特征，该机构的结构是很复杂的，而且有时并不需要有6个自由度的工作空间，为此研究人员开始对并联机构的结

6、构做相应改进，使其达到自由度小于6的机器人机构。机器人的少自由度是指自由度在3£f<6的并联机器人机构，而3-DOF并联机器人机构被研究最广。这种新型并联机器人机构，刚度大、抗变形能力和承载能力也大、操作简单。在国外对研究并联机器人机构是始于在上世纪80年代，使的并联机器人以成为了机器人方向的一个热门类别。国外工程界和学术界着重研究的是关于并联机器人的发展。Stewart于1965年就是用6自由度并联机构研制出了飞行模拟器，现在，国际上存在至少几十家公司生产各种以并联机构为基础的运动模拟器。美国率先使用并

7、联机构的优势是在军用系统中，开发出一种模拟运动平台用于飞行员驾驶飞机，应用这个运动平台，很好的解决了在训练飞行员飞行时的种种技术难题，效率得到了极大的提高。图1的模拟器是由Frasca公司用6自由度并联机构研发制造的一架波音737-400型客机飞行模拟装置。美国Oregon大学研究者Fichter[3]在1986年用Stewart平台机构为框架，用电机驱动做出了机器人线性手臂。加拿大LaVal大学增强了航海人员训练以适应航行条件，利2万方数据第一章绪论用球面3自由度并联机构研发出航海运动的模拟平台。此后各

8、个国家也都陆陆续续研制出并联机构样机，如韩国、瑞士、德国、瑞典等。我国的并联机器人技术起步相对于更晚些，在初期国内的经济状况不乐观，没有这个经济来发展机器人技术。国家越来越富裕，在对比国际的发展中，政府越来越重视这一新型机器人在工业中的应用并对其进行大力研究。国家为此设立了针对并联机构学科的“863”和国家自然科学基金项目，旨在吸引更多的人才对其关注并进行研究。让这一技术最大的作用于社会。国内通过那么多年的研究与发展，也获得了