面向环境约束的可重构机械臂自适应力位置控制方法研究

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1、分类号：TP273单位代码：10190研究生学号：201305018密级：无硕士学位论文面向环境约束的可重构机械臂自适应力/位置控制方法研究ResearchonAdaptiveForce/PositionControlforEnvironmentalConstrainedReconfigurableManipulators研究生姓名：王国刚专业：控制科学与工程指导教师姓名：李元春指导教师职称：教授2016年4月硕士学位论文长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《面向环境约束的可重构机械臂自适应力/位置控制方法研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取

2、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已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学硕士学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日校内指导教师签名：年月日硕士

3、学位论文摘要可重构机械臂是由一组具有通信接口并且可以互换的关节和连杆模块组成的，这些模块能迅速地分离和重新组装成适合不同任务的机械构形的机械臂。与传统的固定结构的机械臂相比，可重构机械臂更加灵活，工作范围更加广泛，并且它具有强鲁棒性、高度柔性、较好的容错性以及低成本，能适应不同的任务需求。在许多工业生产和加工，国防和航空航天探测，深海资源探测，抢险救援等领域有着巨大的发展前景。在这些复杂而且多变的环境下，可重构机械臂末端与外界环境接触是不可避免的，它对机械臂灵活性、智能化的要求越来越高，简单的位置控制已经满足不了，还需要对接触力进行控制。因此，对受约束的可重构机械臂的混合力/位置协同控制问题

4、的研究是非常必要的。本文首先应用指数积公式给出可重构机械臂的运动学方程，并且利用刚体的动力学方程和牛顿-欧拉方程给出系统自由空间的动力学模型。利用机械臂末端接触力与各关节力/力矩之间的映射关系，以此给出约束环境下可重构机械臂的动力学模型。其次，根据机械臂末端与外界环境的关系给出动力学降阶模型，针对该模型设计了一种受约束可重构机械臂自适应滑模力/位置混合控制方法。随后，考虑可重构机械臂模块化特点，提出了分散控制与集中控制相结合的策略，设计了一种神经网络自适应力/位置控制方法来控制可重构机械臂执行器与外界环境的接触力，避免了接触力过大影响机械臂系统稳定或者对外界环境造成破坏。最终，对二自由度受约

5、束的可重构机械臂进行稳定性分析和仿真验证，证明了所提出的控制器有效性和可行性。关键词：可重构机械臂自适应神经网络滑模控制模型变换与降阶分散控制力/位置控制I硕士学位论文AbstractReconfigurablemanipulatorconsistsofrobotmoduleswhichincorporatepowerelectronics,computingsystems,sensorsandactuators.Thesemodulescanbequicklyseparatedandassembledintothedesirablemanipulatorthatissuitableford

6、ifferenttaskswithexternalconstraints.Comparedwiththeconventionalmanipulatorswiththefixedconfiguration,thereconfigurablemanipulatorcanbeadaptedtodiversetaskrequirementsandtakeadvantageoflowcost,easymaintenance,convenientmodification,portabilityanddurabilityagainstsystemmalfunctions.Inmanyfields,such

7、asindustrialproduction,nationaldefense,aviationandspaceexploration,disasterreliefandotherfields,ithaswideapplicationprospect.Inthesecomplexandchangeableenvironment,itisinevitablethattheend-effectoroftherobo