模块化可重构机器人动力学及自适应控制研究

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1、？中图分类号２４２－．６讫文编号１００６０１６００３３学科分类号５１０．８０５０密级＊＾藝义涛嗦乂净ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＦＴＥＣＨＮＬＯＯＯＧＹ硕ｚｂ学位论支ａＷｆｅｆｅｌａｓＩｉＡＷｔｉｌｇＦ模块化可重构机器人动力学及自适应控制研究民ｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｙｎａｍｉｃｓａｎｄ－．ＳｅｌｆａｄａｐｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｏｄｕｌａｒ一二：ＲｅｃｏｎｆｉｕｒａｂｌｅＲｏｂｏｔ．ｉ羞ｉｇ．ＪＣＴｉｉ麵ＷＬ：ｍＷｍ＇版’ｗＦｔｗｗ刪１程ｊ＾ｉｆｅ

2、ａｉＧｒｉ机械电子工程■压歌ｆｅｗ陈思安ＥＷ＾Ｗｈ＾葛为民教授天津理工大学研究生院二〇－六年一月分类号：TP242.6密级：天津理工大学研究生学位论文模块化可重构机器人动力学及自适应控制研究（申请硕士学位）学科专业：机械电子工程研究方向：机器人技术作者姓名：陈思安指导教师：葛为民教授2016年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchonDynamicsandSelf-adaptiveControlofModularReconfigu

3、rableRobotByChenSianSupervisorGeWeiminJanuary2016與创牲若明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究王作和取得的，研巧成果除了文中特别加挑示注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得义津理工大学或其他教育机构的学位或？击书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学佐冷文作者签名：苗签李曰期；知／（？年乏日间居）学位冷文狀权使巧投捉书本学位论文作者完全了解义津理工大学有关保留、使用学

4、位论文的规定。特授权天津理工大学可朗每学位论文的全部或部分内容编入有关数据唐进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，Ｗ共查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学佐冷文作古签名：矣导师签名；签李司期：＾肝３月可签專ｇ期：）化年３月ｇ２／）摘要模块化可重构机器人（modularreconfigurablerobot）由一些不同尺寸和性能的连杆和关节的基本模块组成。模块自身具有连接性和互换性，可以通过模块间的连接或分离改变机器人的整体构型，丰富其运动形式。

5、根据不同工作环境下的任务需求重构为构型各异的机器人系统，极大地丰富了可重构机器人的适用范围。此外，采用模块化设计方法，降低了生产制造的成本，突发故障时可以通过更换故障模块迅速恢复工作，使机器人的维护和保养极为方便。因此，可重构机器人在工业机器人应用领域具有良好的应用前景，成为机器人研究的一个热门领域。可重构机器人在重构前后运动学和动力学参数发生了改变，造成被控对象的数学模型需要根据构型的不同而重新生成。对于依赖动力学模型的控制器，模型的变化意味着对控制率的参数自适应能力提出了要求。本文初步讨论了模块化可重构机器人的运动学及动力学模型生成与自适应控制器设计的问题。

6、基于指数积公式和牛顿-欧拉方法推导了单链情况下模块化机器人系统的正运动学和动力学方程。该方法具有一定的普适性，可应用于链式可重构机器人。考虑到得出的动力学方程中存在建模误差，并且含有摩擦力及外部扰动等模型不确定项，提出一种模糊算法对其补偿控制。基于李亚普诺夫稳定性理论设计模糊网络权值参数的自适应调节律，保证不同动力学模型下闭环系统的稳定性。并引入鲁棒项整体对建模误差进行补偿以提高系统抗干扰能力。针对不同任务中拓扑构型的变化，在误差跟踪方程的基础上，设计了一种神经网络自适应控制器逼近构型的动力学模型。基于李亚普诺夫稳定性理论设计自适应率，保证闭环系统的稳定性。仿真

7、环境下对模块化机器人的不同构型进行试验，结果证明了两种自适应方法的有效性和可靠性。关键词：可重构机器人动力学构型自适应模糊补偿控制神经网络自适应控制AbstractReconfigurablemodularrobotiscomposedofaseriesofstandardmoduleswhichcanbeviewedasjointsandjoiningbeams.Becauseoftheconnectivityandinterchangeabilityofthemodules,theoverallconfigurationoftherobotandthefor

8、msofmotionca