Dobot机械臂动力学分析与控制算法研究

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要随着机器人技术的快速发展，机械臂在诸多领域得到越来越广泛的应用，尤其在军事、航天、医疗、工业生产等方面发挥着难以替代的作用。因此，为使机械臂能够快速、准确、高效的运行，对其进行合理的控制算法研究和轨迹跟踪控制具有重要的理论意义和实用价值。本文以Dobot机械臂为研究对象，基于模糊神经网络控制，实现对机械臂轨迹跟踪控制的目的。分析了Dobot机械臂的构型方式与系统组成，介绍了机械臂的末端执行器、驱动机构、控制器与传感器的原理和技术特点。对机械臂的误差产生原因进行研究，进一步分析误差对机械臂精度的影响。基于D-H法建立了机械臂运动学方程，研究了关节旋转角度与末

2、端执行器之间位置与姿态的动态关系；通过Lagrange方法建立机械臂的动力学方程，研究机械臂各关节作用力矩和关节运动之间的动态关系；通过Adams进行运动学与动力学仿真，研究机械臂的运动特性。基于模糊控制和神经网络控制理论，将模糊控制与神经网络控制结合到一起，将其作为机械臂关节控制器。应用模糊神经网络控制的推理表达和自学习能力，实现对机械臂的轨迹跟踪控制的目的，在MATLAB环境下进行了建模、编程与控制仿真。模糊神经网络控制算法结合Dobot机械臂，建立实验平台。借助arduino底层开发环境，将Dobot机械臂控制器，arduino开发板与PC连接。通过MATLAB软件平台，结合D

3、obot机械臂的Dobotapplication控制软件，研究控制算法对机械臂写字作业的控制效果。完成了机械臂运动学与动力学分析，为更好的规划出合理的关节驱动函数，机械臂末端运动轨迹跟踪控制提供依据。模糊神经网络控制仿真结果表明机械臂具有较好的轨迹跟踪效果；Dobot机械臂控制算法实验研究试验平台的模糊神经网络控制理论与轨迹跟踪控制的可行性与合理性。本文关于Dobot机械臂的研究可对今后类似机械臂的研究提供参考。关键词：机械臂；运动学分析；动力学分析；模糊神经网络II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractWiththerapiddevelopm

4、entofrobottechnology,therobotarmhasbeenusedmoreandmorewidelyinmanyfields,especiallyinmilitary,aerospace,medicalandindustrialproduction.Therefore,itisgreattheoreticalsignificanceandpracticalvaluetostudythereasonablecontrolalgorithmandtrajectorytrackingcontrolinordertomakethemanipulatoroperatequi

5、ckly,accuratelyandefficiently.Inthisthesis,basedonthefuzzyneuralnetworkcontrol,theDobotmanipulatorwasusedastheresearchobject.TheconfigurationandsystemcompositionoftheDobotmanipulatorwereanalyzed,andtheprincipleandtechnicalcharacteristicsofthemanipulatorendeffector,drivemechanism,controllerandse

6、nsorwereintroduced.Thecauseoftheerrorofthemanipulatorwasstudied,andtheinfluenceoftheerrorontheaccuracyofthemanipulatorwasfurtheranalyzed.BasedontheD-Hmethodofmanipulatorkinematicsequation,thedynamicrelationshipbetweenthejointrotationangleandtheendeffectorbetweenpositionandattitude;establishthed

7、ynamicequationsoftherobotarmusingLagrangemethodtostudythedynamicrelationshipbetweeneacharmjointtorqueandjointmovement;carryonthekinematicsanddynamicssimulationbyAdams,theresearchonmotioncharacteristicsofmachineryarm.Basedonthetheo