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

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hlp2009
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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。
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