由于模块化机械臂具有低成本、高灵活性等特点,并且还可以对环境以及操作任务具有更大的实用性。因此,模块化机械臂在近年来得到了广泛的发展,其常常被用于深空探测、智能制造、高危任务以及医疗等行业。模块化机械臂通常由电源、控制系统以及各种相关的传感器模块组成。这些子系统模块是由具有相同接口的、标准化的机械模块及电气部件构成在一起,可以依据不同任务的需要来进行自由组合。按照模块化思想的设计,其不仅便于安装及日常维护,而且也极大提高了系统稳定性,使得其结构更加紧凑。因此,深入研究模块化机械臂具有深远的理论意义。本文主要研究内容如下:1.选题意义的思考和选题背景的探究。从国内和国外对模块化机械臂的研究,分析了模块化机械臂的现状及发展,并且简单的解释了目前研究存在的问题以及分散控制、滑模控制、自适应神经网络的优势,确定了本文的研究目标。2.基于力矩传感器的模块化机械臂动力学建模。在以往对传统机械臂动力学模型分析的基础上,结合模块化理念并考虑系统的不确定性,构建了基于力矩传感器的模块化机械臂系统的动力学模型。根据模块化机械臂的动力学模型,分别建立了系统的状态空间表达形式,以及机械臂系统发生执行器故障时,模块化机械臂系统的故障模型。3.模块化机械臂分散轨迹跟踪控制方法研究。通过使用分散控制的方法,将高度复杂的模块化机械臂的动力学模型降解成为相互之间存在耦合关系的系统,并为每个系统设计控制器,有效的提高了系统的运算速度。控制器中,采用径向基函数(RBF)来补偿机械臂系统的摩擦项及交联项,对机械臂实现了高精度的控制效果,引入终端滑模,削弱由传统滑模控制引发的抖振现象,提高了系统的强鲁棒性,最后所设计控制器的稳定性通过Lyapunov函数稳定性方法得到了验证。最终通过Quanser模块化机械臂实验平台,证实了该控制策略的可靠性。4.考虑模块化机械臂系统发生故障,即系统执行器产生故障的情况,提出了一种基于滑模观测器的分散容错控制策略。依据所设计的滑模观测器对执行器故障进行实时观测,此外,针对机械臂系统的不确定性问题,即关节的摩擦以及关节间的耦合作用,将自适应控制策略加入到滑模控制器中进行补偿,实现模块化机械臂主动分散容错控制。最后通过Quanser模块化机械臂实验平台,验证了所设计控制器的有效性。5.全文总结。