受环境约束可重构机器人模块化协同力位置控制研究

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1、分类号：TP273单位代码：10183研究生学号：2013522081密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）受环境约束可重构机器人模块化协同力/位置控制研究ResearchonModularizedCollaborativePosition/ForceControlforEnvironmentalConstrainedReconfigurableRobot作者姓名：丁贵彬专业：控制理论与控制工程研究方向：智能机械与机器人控制指导教师：李元春教授培养单位：通信工程学院2016年6月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本

2、论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否Ｉ。贝Ｊ，应承担侵权的法律责任吉林大学硕±学位论文原创性声明，本人郑重声明：所呈交学位讼文，是本人在指导教师的指导下独立进行研巧工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成巧。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律

3、结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：是年＾月曰＾受环境约束可重构机器人模块化协同力/位置控制研究ResearchonModularizedCollaborativePosition/ForceControlforEnvironmentalConstrainedReconfigurableRobot作者姓名：丁贵彬专业名称：控制理论与控制工程指导教师：李元春教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年6月4日摘要随着科学技术的进步，机器人在信息时代扮演着越来越重要的角色。传统机器人大多是为了满足特定的任务需要而设

4、计的，尽管可以通过自身控制程序的改变来实现不同的工艺操作，但其固定的构形仍然大大限制了所能完成的任务范围。因此，出现了可以根据环境及任务需要适应地改变自身构形的可重构模块机器人，相应的其重构特性包含了机械结构以及控制系统的双重重构。鉴于其灵活度高、环境适应能力强以及成本低等特点，可重构模块机器人在工业装配、医疗、军事、灾难救援、深空探测及核泄露事故处理等领域具有广泛的应用前景。因此，对可重构模块机器人的研究在理论分析探索与实际应用推广等方面都具有重要意义。可重构模块机器人自出现以来，其自由空间下的轨迹跟踪控制问题引起了学者们

5、的广泛关注，相应的研究成果也已较为成熟。然而，在可重构模块机器人在完成诸如精密器件装配、金属表面抛光打磨及零部件焊接等任务时，其末端执行器与外界环境不可避免的存在接触，此时需要分析的是受约束可重构模块机器人的力/位置控制问题。但是根据目前掌握的资料来看，仅有为数不多的国内外的学者针对受环境约束可重构模块机器人的力/位置控制问题进行了相应的研究。此外，可重构模块机器人在执行任务期间可能需要适当变换构形以适应不同的任务需求。因此，对本质上采用模块化设计思想的可重构模块机器人来说，分散控制策略更加适合其自身的控制问题。但是如何仅采

6、用局部信息将末端接触力映射到各个关节空间进而实现模型分解，一直是制约分散控制策略应用到受约束可重构模块机器人力/位置控制问题的瓶颈。本文在现有研究成果基础上，对受约束可重构模块机器人的力/位置控制问题进行了深入分析。主要研究了受约束可重构模块机器人的动力学自动建模、基于动力学模型分解的受约束可重构模块机器人的自适应神经网络力/位置控制方案以及仅采用局部信息的受环境约束可重构模块机器人的分散自适应神经网络滑模力/位置控制方案。全文内容主要包括以下几个方面：1.详细阐述了论文选题的背景及研究意义，对受环境约束可重构模块机器人国内

7、外研究现状以及相应的主要研究内容进行综述分析。2.以Newton-Euler迭代算法为基础，建立了自由空间下的可重构模块机器人的动力学模型。根据虚功原理，推导了机器人末端所受力与关节力/力矩之间I的映射关系，并进一步给出受环境约束的可重构模块机器人动力学模型。3.研究了受约束可重构模块机器人的力/位置控制问题。通过引入一种非线性变换，将受约束可重构模块机器人动力学模型分解为力子系统和位置子系统。在此基础上，分别设计了神经网络控制器估计系统的不确定性及非线性项，并自适应的补偿了由于神经网络的逼近模型中非线性部分所产生的逼近误差

8、。最后通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环受约束可重构模块机器人系统的稳定性。4.与更加符合自身设计思想的分散控制策略相结合，给出了一种仅采用关节局部信息的受约束可重构模块机器人分散力/位置控制方案。雅克比矩阵中仅采用第i个关节模块的实时信息，其他关节信息用各自期望值替代的方法将末端接