三自由度液压伺服关节设计及其控制方法的研究

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1、史宝奇三自由度液压伺服关节的设计及其控制方法的研究摘要机器人关节是机器人中一个极为重要的组成部分，是构成机器人的基本单元，关节性能的好坏将直接决定机器人整体性能的优劣。基于目前机器人研究领域的关键技术之——新机构的研究，本文在分析各种机器人关节驱动方式优缺点的基础上，以设计出一种实用解耦型三自由度液压伺服关节为目的，进行了研究与探讨。首先通过对运动解耦机理的分析，得出了只有结构解耦才能做到运动解耦的结论，并给出了结构解耦的条件；在此基础上提出了一种三自由度垂直相交运动解耦型液压伺服关节的设计思想，并从结构与驱动的角度探讨了方案设计的要点；在分析关节伺服跟踪方案的基础上，对关节内置角度

2、伺服阀芯阻力矩进行测试，为关节的结构设计提供实验依据；在方案设计的基础上，详细分析了结构设计的基本要求与主要考虑的问题，运用优化设计、三维造型设计、虚拟设计等现代设计方法对关节结构进行了详细设计，绘制了关节总装配图；研究了因结构死区造成位置跟踪误差这一问题，探讨了消除位置跟踪误差的控制补偿方法；在建立关节动力学模型的基础上，通过比较几种控制方法在关节位置跟踪问题上存在的不足，提出了一种自适应神经网络模糊控制补偿方法(ANFIS)，并通过仿真验证了这一方法的有效性；在研制试验样机的基础上，对关节实验系统所涉及的一些基本问题进行了探讨，建立了关节实验系统并进行了初步的实验研究，通过实验验

3、证了关节的基本性能。本课题研究的三自由度解耦型液压伺服关节具有设计新颖、结构紧凑、布局合理、输出力矩大且控制方便等特点，相信随着研究工作的不断深入，必将不断提高关节系统的性能。基于该关节的机器人操作臂将对工业机器人的技术提高与推广应用起到十分重要的作用，其应用前景十分广阔。关键词：液压伺服关节，运动解耦，动力学模型，ANFIS，试验样机，实验平台扬州大学硕士学位论文ABSTRACTRobotjointisoneofthemostimportantpartsandabasicunitoftherobot，fortheperformanceofwhichwilldeterminethew

4、holefunctionoftherobotsystem．Onthebasisofsummarizingallkindsoflatestresearchachievementsontherobotjoint，anovelhydraulicservojoint，whichhasthreedegree-of-fi'eedom(3dof)andthecharacteristicofmotiondecoupling，isproposedandstudied．Firstly,accordingtotheideathatthecontrolsystemofa3dofrobotjointwillb

5、egreatlysimplifiedifthejointcanmeetthedemandofmotiondecoupling,theideaofmotiondecouplingisanalyzed,andtheconceptdesignofanovel3dofhydraulicservojoint，which‘hasthecharacteristicofintersectionverticallyandmotiondecoupling，isputforwardanddiscussed．Thentheresistanceoftheinnerservovalvecoreinthe3dof

6、hydraulicservojointhasbeentested,whichwillmakeasolidfoundationfortheftlrtherstmcturedesign．Basedonconceptdesign，thebasicdemandofstructuredesignisanalyzed．Modemdesign，suchasoptimaldesign，3Ddesignandvirtualdesign，areappliedtothestructuredesign．Thentheassemblydrawingisfinished．Inordertoeliminateth

7、epositiontrackingerrorscausedbythedeadzone，thedynamicmodelofthishydraulicservojointisestablishedbytheLagrangianmethodandhydraulicsystemtheory．Acontrolcompensationmethodwithadaptive-network-basedfuzzyinferencesystem(ANFIS)ispresent