双臂救援机器人动力学与控制系统的研究

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1、中图分类号TP242.6论文编号153109307学科分类号460.5030密级双臂救援机器人动力学与控制系统的研究ResearchonDynamicsAnalysisandControlSystemofDual-ArmRescueRobot学位类别：工学硕士专业领域：机器人技术作者姓名：王杨俭指导教师：陈炜副教授二0一八年一月中图分类号TP242.6论文编号153108307学科分类号460.5030密级天津理工大学研究生学位论文双臂救援机器人动力学与控制系统的研究（申请硕士学位）一级学科：机械工程学科专业：机械电子工程（专业）研

2、究方向：机器人技术作者姓名：王杨俭指导教师：陈炜副教授2018年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeResearchonDynamicsAnalysisandControlSystemofDual-ArmRescueRobotByWangYangjianSupervisorChenWeiJanuary2018-i--ii-摘要近年来，救援机器人技术发展迅猛，在矿难、救援、巡检等诸多的方面具有很广泛的应用。相对于单臂救援机器人，具有两协

3、调机械臂的移动机器人能完成更加复杂、拟人化的操作，是机器人的发展趋势。本文基于救援机器人所面对复杂的环境要求，设计了两协调操作3R机械臂的机械结构。并建立了包含车体和机械臂在内的救援机器人整体的运动学与动力学模型，分析了双臂协调运动的工作空间，进一步探讨了机器人中车体与机械臂之间的动力学耦合关系。最后，提出了车体轨迹跟踪控制方案，完成相应的实验研究。首先，采用模块化设计方案，完成了救援机器人双机械臂的结构设计。对机械臂关键构件进行受力分析并完成强度校核。通过建立双臂的运动学模型，提出正、逆运动学求解方法，并对双臂工作空间及极限位置进

4、行分析，为救援机器人双臂的长度、构型、参数的确定提供依据，基于ADAMS软件对机械臂进行运动学仿真，验证了机械臂结构参数的合理性。其次，对双臂救援移动机器人采用广义拉格朗日方法建立了系统的动力学，并进行耦合分析。得到当机械臂关节按照某种函数运动时或改变机械臂构型时，车体输入力矩的加速度项的比重最大，而机械手各关节输入二次项及重力项比重比较大，加速度项比重较小，说明车体与机械臂动力学耦合是客观存在的。最后，提出差速算法与Backstepping方法相结合的反演控制策略，保证了移动机器人运动轨迹的平滑性和全局稳定性。用模糊自适应算法对系

5、统存在的摩擦和外部环境干扰进行补偿，减少机械手的逼近误差，提高了系统精准度和可抗干扰性。关键词：双臂机器人运动学动力学反演控制模糊滑膜控制-iii-AbstractInrecentyears,rescuerobottechnologyhasbeendevelopedrapidlyandhasbeenwidelyusedinmining,rescueandinspection.Comparedtosinglearmrescuerobot,adual-armrobotcancarryoutamorecomplicatedandanthr

6、opomorphictask,whichisthetrendofrobotdevelopmentinthefuture.Inthispaper,inordertosatisfythecomplexenvironmentalrequirements,themechanicalstructuredesignofthetwo-coordinatedmanipulator3Rispresented.Thekinematicsanddynamicsmodeloftherobotincludingthevehiclebodyandmanipul

7、atorareestablished.Atthesametime,theworkingspaceforcoordinatedmovementofthearmsisanalyzed,andthedynamiccouplingbetweentherobotbodyaswellastherobotarmisfurtherdiscussed.Finally,thecontrolschemeofthevehicle’strajectorytrackingisproposedandthecorrespondingexperimentalrese

8、archiscompletedaswell.Firstofall,themodulardesignschemeisusedtocompletethestructuraldesignofthedualroboticarm.Forcean