两关节机械手的自适应控制

由于操作机器人的工作环境及工作 目标的性质和特征在工作过程中会 随时发生变化，导致控制因素具有 未知性和不确定的特性。这种未知 因素和不确定性将使控制系统的性 能变差，不能满足控制要求，因此 有了机器人自适应控制的相关研究。 本课题是针对两关节机械手的自适 应控制问题进行研究。
机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系 统和复杂机械等组成。
对于上图由动力学方程得： 其中：
正定惯性矩阵 哥氏力离心力向量
重力向量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
其中：
机器人是非线性系统，并具有很强的不确定性，工作 环境多变，精度要求高。这半学年通过查阅学习，了解到 机器人的多种控制方法，本论文针对机器人的轨迹跟踪控 制问题，设计了自适应控制器，并做了一定的仿真研究。
对于具有强非线性和不确定性的机器人系统，还需要 大量的工作要做。针对本文的控制方法，在有些方面仍然 需要进一步研究和完善，本文所做的分析和研究大多数是 从理论的角度进行考虑，想要将其与实际结合起来，还需 要更深入的研究。
由于机器人工作环境千变万化，在实 际控制中将面临更多的不确定性因素。 由于测量和建模的不精确，再加上负 载的变化以及外部扰动的影响，实际 上无法得到机器人精确、完整的运动 模型。实际中必须考虑机器人大量的 不确定性因素的存在，单纯依靠某种 智能控制方法如模糊控制或是神经网 络控制很难满足并联机器人较高的控 制要求。所以多年来人类一直在研究 关于机器人的控制方法。有：自适应 控制，鲁棒控制，智能控制，分散控 制等。
指导老师：焦晓红
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。 它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程 序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行 动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如 生产业、建筑业，或是危险的工作。
现如今机器人的应用越来越普及，不仅广泛应 用于工业生产和制造部门，而且在航天、海洋探测、 危险或条件恶劣的特殊环境中获得了大量应用。而 且逐渐渗透到了日常生活及教育娱乐等各个领域。
机械手动态控制的目的就是要使机械手的各关节或末端执 行器的位姿能够以理想的动态品质跟踪给定的轨迹或稳定在指 定的位姿上。因此，机械手动态控制所研究的主要课题有两个， 一个是如何实现误差系统的稳定性，即位姿跟踪误差尽快地趋 近于零；另一个是抑制干扰，即尽可能减小干扰信号对跟踪精 度的影响。如果可以得到描述机械手动态的精确数学模型，并 且干扰信号可检测的话，那么解决这两个课题并不是特别困难 的事情。但是，在实际工程中的控制系统，由于种种原因总是 存在不确定性。这种不确定性通常分为两类：一是外部的不确 定性，如干扰等；二是系统内部的不确定性，如测量误差、参 数估计误差及被控对象的未建模动态等。因此，通常难以用精 确的数学模型来描述实际工程系统。因此，在设计实际的机械 手动态控制系统时，必须考虑这些不确定性对控制品质的影响， 实现自适应控制。
执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆 机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节 个数通常即为机器人的自由度数。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发 出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况， 根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行 机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。控制 系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制 由一台微型计算机完成。另一种是分散式控制，即采用多台 微机来分担机器人的控制。
学习了解机器人的相 关知识，熟悉机械手 的数学建模及其运动
特点
根据机器人的动力学 模型及其结构特性建 立数学模型，参考文
献参数，利用 MATLAB及Simulink工 具箱搭建模型进行仿
真
学习自适应控制理论 的基本知识，并了解 自适应控制的主要特 点和设计方法。
通过对机械手和对自适 应控制的了解，构建双 关节机械手自适应控制 器。
鲁棒控制（Robust Control）方 面的研究始于20世纪50年代。 在过去的20年中，鲁棒控制一 直是国际自控界的研究热点。 所谓“鲁棒性”，是指控制系 统在一定（结构，大小）的参 数摄动下，维持某些性能的特 性。根据对性能的不同定义， 可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒 性。以闭环系统的鲁棒性作为 目标设计得到的固定控制器称 为鲁棒控制器。
自适应控制 分散控制
自适应控制
生活中所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应 新的环境的一种特征。因此，直观地说，自适应控制 器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适 应对象和扰动的动态特性的变化。
自适应控制可归纳为：在系统数学模型不确定的条件 下（工作环境可以是基本确定的或是随机的），要求 设计控制规律，使给定的性能指标尽可能达到及保持 最佳。 为了完成以上任务，自适应控制必须首先要在 工作过程中不断地在线辨识系统模型（结构及参数） 或性能，作为形成及修正最佳控制的依据，这就是所 谓的自适应能力，它是自适应控制主要特点。
通过对两关节机械手自适应控制的设计，我对自适应 的知识及机械手有了更深入的了解。从模型的建立、控制 器的设计，到MATLAB仿真等，我认真学习了与机械手系 统相关的知识，极大地拓宽了我的知识面,在此期间我真 的是受益匪浅。