二自由度机械臂控制系统的设计与实现
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
MBDA(基于模型的干扰抑制器)控制法是最近几年由韩国学者Choi所提出的一种简单实用的控制方法。其基本思想是对实际系统建立一个平行模型
,并通过PD或PID控制器将实际系统和模型系统有机的联系起来。本论文将其应用到机器人控制中来,不但很好的解决了因无法获取精确模型所带来的误差问题,而且此方法由于是基于PD和PID控制的,算法简单,速度快,克服了传统控制方法难于实现的弱点,更为关键的是它有出色的干扰抑制能力和鲁棒性。
控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前,旋转型超声波电机,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统
中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。
本论文主要研究并设计了基于超声波电机驱动二自由度机械臂实现快速定位的控制系统,给出了具体技术方案;分析了孤极信号反馈在实现超声波
电机速度稳定控制时的补偿作用,并进一步分析了孤极信号反馈对超声波电机的负载与转速关系的补偿作用。
,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。
本论文主要研究了基于超声波电机的二自由度机械臂定位和速度控制系统,核心芯片采用MSP430F147单片机,这种单片机性价比比较高,功能比较完善,有利于超声波电机的产业化;按照系统需求进行了软件设计,给出了实验结果,并针对实验中出现的非线性问题给出了一种简单可行的解决方法。系统运行稳定,实验结果较为理想,为超声波电机的产业化提供了一定的经验。
全桥驱动逆变电路的优缺点。
设计了基于超声波电机的二自由度机械臂的快速定位驱动控制电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件
具体技术以及调速原理,本次设计控制器CPU芯片采用MSP430F147单片机,这种单片机性价比较高,利于超声波电机的产业化;最后,介绍了电机控制器
等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。
设计了基于超声波电机的二自由度机械臂的驱动控制系统电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件具体
技术以及调速原理。
根据系统控制要求,详细介绍了该控制系统的软件构成和具体实现方法,包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中
。
10.学位论文翟晓军基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究2005
超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱
动转子运动。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密
对检修机械臂关节位置伺服控制系统及算法进行了研究。根据机械臂的技术要求和工作环境,伺服系统的硬件采用了模块化的结构,通过专用的运动控制器控制关节的运动。采用高精度的光电旋转编码器作为速度和位置的反馈元件。介绍了位置伺服系统的软件。
最后对机械臂伺服系统建模分析,阐述了常规、前馈及专家PID控制算法的伺服原理,基于MATLAB和Turbo PMAC的实现。并对伺服误差进行了分析。
本文的主要内容如下:
系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景,指明了研究超声波电机的重要意义。在此基础上明确了本文的研究内容。
总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,给出了超声波电机等效电路,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅
建立了二自由度机械臂的运动学模型,对机械臂运动学正解和逆解进行了分析和计算,推导出了机械臂的雅可比矩阵,并进行了静力学分析。由于机械手的加工误差、机械传动误差及检测误差等原因导致机械臂末端的位置和姿态产生误差,利用微分法,对机械臂的误差进行了分析。
设计了检修机械臂的关节。采用电机内置式的关节结构方案,将分装式直流力矩电机置于谐波减速器柔轮内部,测量电机转角与关节转角的两个旋转变压器置于关节内部。
6.学位论文贾飒爽二自由度机器人机械臂控制问题研究2007
机器人是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统,它具有时变、强耦合和非线性的动力学特征,而且实际上还存在诸多不确定因素,诸如测量误差、摩擦、负载变化、随机扰动及未建模动态等,因此无法得到完整的、精确的机器人系统模型。针对以上情况,本论文引入耗散系统理论,提出了基于Backstepping(递推)设计方法的鲁棒H<,∞>控制以及基于模型的干扰抑制器(MBDA)的机器人控制技术。
5.期刊论文朱齐丹.林壮.蔡成涛.ZHU Qidan.LIN Zhuang.CAI Chengtao应用神经网络的二自由度欠驱动机械臂控
制-弹箭与制导学报2006,26(1)
文中通过对水平二自由度欠驱动机械臂的稳态周期运动进行理论分析与计算,发现对于确定的第二个关节无驱动的机器臂系统,如果对其系统中的主动关节施加合适的周期振荡信号,则被动关节会出现一种与输入振幅和频率有关的谐振运动状态.以对驱动臂施加扰动可以将非驱动臂稳定到±π/2这一理论为基础,提出了一种对于具有非驱动关节机器人的基于神经网络的位置开环控制方法,并且对其进行了仿真分析.仿真结果表明,控制效果达到了理想的要求.
软件设计方案和上位PC机界面的编程。
设计了超声波电机孤极信号反馈电路,分析了当电机温度漂移时,孤极信号反馈对电机转速的稳定控制作用,并在此基础上进一步分析了孤极信号
反馈对超声波电机负载与转速关系的补偿作用。
本文链接:/Thesis_Y1444023.aspx
H<,∞>控制所考虑的主要是干扰抑制问题。在保证系统稳定的前提下,将干扰对系统输出的影响抑制到所要求的最小程度。本论文主要考虑了机器人系统的参数不确定性和外界干扰之间的关系,利用H<,∞>理论,分两种情况对其进行了控制,一种情况是参数不确定性和外界干扰分开控制,另一种情况是将参数不确定性看作干扰的一部分进行控制,通过将Backstepping设计方法和H<,∞>控制理论相结合,避免了在非线性系统H<,∞>理论研究中的Hamilton-Jacobi不等式的求解问题,简化了控制器的求解过程,并且所获得的控制器简单实用。
本文的研究成果及主要内容如下:
系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上,指出了超声波电机研
究的发展方向,明确了本文的研究内容。
总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和
8.学位论文陈慧基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究2006
超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多,是电磁电机的有力补充。目前,旋转型超声波电机
2.学位论文王海燕二自由度检修机械臂的研究2007
随着核电技术的发展,核电站的检修维护显得非常重要。蒸汽发生器是核电站的重要组成部分,本文设计的检修机械臂用在蒸汽发生器的在役检测。
论文确定了二自由度检修机械臂本体结构,设计了关节的具体结构,对机械臂的位置伺服控制系统进行了研究。
首先介绍了国外蒸汽发生器检修的机械臂的发展概况,根据机械臂的工作环境、作业内容及性能要求,提出了检修机械臂结构的总体方案。确定了机械臂各连杆臂长度及各关节转角范围,计算了机械臂的作业空间进行。通过对机械臂作业和安装的极限位置进行分析,采用静力学的分析方法,计算出机械臂各关节所受的最大力矩。
作者:曾岩
学位授予单位:厦门大学
1.会议论文郑桦.丛爽.魏子翔提高实际绘图精度与速度的二自由度机械臂控制2007
从精度和速度两个方面着手,对具有绘图功能的二自由度串联机械臂系统进行实际的控制研究。首先针对系统实际的输出结果,探讨造成系统实际输出与期望输出之间很大差异的原因,采用修正运动控制器的参考输入并增大相应时间参数的控制方法,使机械臂的实际运动轨迹满足精度要求。然后在不影响绘图精度的情况下,对轨迹目标点。数和时间参数同时进行调节,比较后发现,前者对机械臂运行时间的影响更大,即在适当减少轨迹目标点的基础上增大时间参数,机械臂的运动速度有明显的提高,能够大大缩短任务的完成时间。最终的控制结果表明,机械臂系统的实际绘图性能得到了相当大的改善。
授权使用:吕先竟(wfxhdx),授权号:199b38f4-41b6-48ba-973b-9ea20105bd46
下载时间:2011年3月10日
杭州汽车租赁网
/
4.期刊论文王军南.丛爽.WANG Jun-nan.CONG Shuang基于视觉定位的二自由度机械臂控制系统-机械与电子
2008(2)
以二自由度机械臂为基础,用摄像机获取机械臂运动区域的图像,通过图像分析,求解机械臂末端执行器在直角坐标空间的坐标值,将该值作为系统的实际位置,并通过反馈与期望坐标值相减,将所获得的误差作为机械臂控制系统的补偿量,实现整个系统的全闭环控制,进一步解决了原半闭环控制带来的控制精度不高的问题.
的调速、定位原理,最后结合实验结果进行了分析。同时,针对调速过程中的非线性问题提出了简单易行的解决方法。
对全文内容进行总结,根据在研究行波超声波电机速度、位置控制中出现的问题,提出一些建议。
9.期刊论文侯远龙二自由度大功率机械手臂计算机控制系统-机床与液压2001(3)
本文针对一大功率二自由度机械手臂,设计了电液比例控制系统及FuzzyP+ID控制器,通过调试表明,所设计系统在整个工况下均有较高的控制品质
3.会议论文陈慧.翟晓军.徐志科.金龙超声波电机驱动的二自由度机械臂定位控制系统2005
机器人的关节通常要实现多自由度的运动功能.超声波电机具有的无噪声、低速大转矩、无输入自锁、定位精度高、响应快等优良性能,在机器人关节的运动控制中有着传统电磁电机无法比拟的优势.本文利用超声波电机,设计了一种二自由度机械臂驱动定位系统.并且通过实验对控制性能加以验证.
7.期刊论文林壮.朱齐丹.严勇杰.LIN Zhuang.ZHU Qidan.YAN Yongjie二自由度欠驱动机械臂的动力学模型与位
置闭环控制仿真-弹箭与制导学报2006,26(1)
文中以具有非驱动关节的水平两自由度机械手为对象,建立了并通过平均值法简化了系统的其动力学模型.针对简化后的平均系统,利用李亚普诺夫法设计了非驱动关节的任意位置闭环控制器,同时进行了计算机仿真.仿真结果表明平均系统与原真实系统具有相同的动力学特性,且控制方法是有效的.
厦门学
硕士学位论文
二自由度机械臂控制系统的设计与实现
姓名:曾岩
申请学位级别:硕士
专业:控制工程
指导教师:彭侠夫;曾春志
20080601
二自由度机械臂控制系统的设计与实现
,并通过PD或PID控制器将实际系统和模型系统有机的联系起来。本论文将其应用到机器人控制中来,不但很好的解决了因无法获取精确模型所带来的误差问题,而且此方法由于是基于PD和PID控制的,算法简单,速度快,克服了传统控制方法难于实现的弱点,更为关键的是它有出色的干扰抑制能力和鲁棒性。
控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多。目前,旋转型超声波电机,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统
中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。
本论文主要研究并设计了基于超声波电机驱动二自由度机械臂实现快速定位的控制系统,给出了具体技术方案;分析了孤极信号反馈在实现超声波
电机速度稳定控制时的补偿作用,并进一步分析了孤极信号反馈对超声波电机的负载与转速关系的补偿作用。
,尤其是环形行波型超声波电机,在工业、办公、过程自动化等领域的伺服系统中作为直接驱动执行器得到广泛的关注。
本论文主要研究了基于超声波电机的二自由度机械臂定位和速度控制系统,核心芯片采用MSP430F147单片机,这种单片机性价比比较高,功能比较完善,有利于超声波电机的产业化;按照系统需求进行了软件设计,给出了实验结果,并针对实验中出现的非线性问题给出了一种简单可行的解决方法。系统运行稳定,实验结果较为理想,为超声波电机的产业化提供了一定的经验。
全桥驱动逆变电路的优缺点。
设计了基于超声波电机的二自由度机械臂的快速定位驱动控制电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件
具体技术以及调速原理,本次设计控制器CPU芯片采用MSP430F147单片机,这种单片机性价比较高,利于超声波电机的产业化;最后,介绍了电机控制器
等控制方法以及推挽、半桥和全桥驱动逆变电路的优缺点。
设计了基于超声波电机的二自由度机械臂的驱动控制系统电路。首先,提出了本次设计的设计思想及目的;其次,介绍了本设计的控制器硬件具体
技术以及调速原理。
根据系统控制要求,详细介绍了该控制系统的软件构成和具体实现方法,包括上位机软件、下位机软件以及通讯部分。详细阐述了在本控制系统中
。
10.学位论文翟晓军基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究2005
超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。它利用压电陶瓷逆压电效应激发的超声振动作为驱动力,通过定转子间的摩擦力来驱
动转子运动。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密
对检修机械臂关节位置伺服控制系统及算法进行了研究。根据机械臂的技术要求和工作环境,伺服系统的硬件采用了模块化的结构,通过专用的运动控制器控制关节的运动。采用高精度的光电旋转编码器作为速度和位置的反馈元件。介绍了位置伺服系统的软件。
最后对机械臂伺服系统建模分析,阐述了常规、前馈及专家PID控制算法的伺服原理,基于MATLAB和Turbo PMAC的实现。并对伺服误差进行了分析。
本文的主要内容如下:
系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景,指明了研究超声波电机的重要意义。在此基础上明确了本文的研究内容。
总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,给出了超声波电机等效电路,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅
建立了二自由度机械臂的运动学模型,对机械臂运动学正解和逆解进行了分析和计算,推导出了机械臂的雅可比矩阵,并进行了静力学分析。由于机械手的加工误差、机械传动误差及检测误差等原因导致机械臂末端的位置和姿态产生误差,利用微分法,对机械臂的误差进行了分析。
设计了检修机械臂的关节。采用电机内置式的关节结构方案,将分装式直流力矩电机置于谐波减速器柔轮内部,测量电机转角与关节转角的两个旋转变压器置于关节内部。
6.学位论文贾飒爽二自由度机器人机械臂控制问题研究2007
机器人是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统,它具有时变、强耦合和非线性的动力学特征,而且实际上还存在诸多不确定因素,诸如测量误差、摩擦、负载变化、随机扰动及未建模动态等,因此无法得到完整的、精确的机器人系统模型。针对以上情况,本论文引入耗散系统理论,提出了基于Backstepping(递推)设计方法的鲁棒H<,∞>控制以及基于模型的干扰抑制器(MBDA)的机器人控制技术。
5.期刊论文朱齐丹.林壮.蔡成涛.ZHU Qidan.LIN Zhuang.CAI Chengtao应用神经网络的二自由度欠驱动机械臂控
制-弹箭与制导学报2006,26(1)
文中通过对水平二自由度欠驱动机械臂的稳态周期运动进行理论分析与计算,发现对于确定的第二个关节无驱动的机器臂系统,如果对其系统中的主动关节施加合适的周期振荡信号,则被动关节会出现一种与输入振幅和频率有关的谐振运动状态.以对驱动臂施加扰动可以将非驱动臂稳定到±π/2这一理论为基础,提出了一种对于具有非驱动关节机器人的基于神经网络的位置开环控制方法,并且对其进行了仿真分析.仿真结果表明,控制效果达到了理想的要求.
软件设计方案和上位PC机界面的编程。
设计了超声波电机孤极信号反馈电路,分析了当电机温度漂移时,孤极信号反馈对电机转速的稳定控制作用,并在此基础上进一步分析了孤极信号
反馈对超声波电机负载与转速关系的补偿作用。
本文链接:/Thesis_Y1444023.aspx
H<,∞>控制所考虑的主要是干扰抑制问题。在保证系统稳定的前提下,将干扰对系统输出的影响抑制到所要求的最小程度。本论文主要考虑了机器人系统的参数不确定性和外界干扰之间的关系,利用H<,∞>理论,分两种情况对其进行了控制,一种情况是参数不确定性和外界干扰分开控制,另一种情况是将参数不确定性看作干扰的一部分进行控制,通过将Backstepping设计方法和H<,∞>控制理论相结合,避免了在非线性系统H<,∞>理论研究中的Hamilton-Jacobi不等式的求解问题,简化了控制器的求解过程,并且所获得的控制器简单实用。
本文的研究成果及主要内容如下:
系统总结了超声波电机的发展、特点、分类,通过与传统电磁电机的对比给出了超声波电机的广阔的应用前景。在此基础上,指出了超声波电机研
究的发展方向,明确了本文的研究内容。
总结了环形行波型超声波电机的结构特点、运行机理,并在此基础上总结了环形行波型超声波电机调频、调相、调幅等控制方法以及推挽、半桥和
8.学位论文陈慧基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究2006
超声波电机是上个世纪八十年代逐步发展起来的新型微电机。与传统的电磁马达相比,它具有低速大转矩、无电磁干扰、动作相应快、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性,在非连续运动领域、精密控制领域要比传统的电磁电机性能优越得多,是电磁电机的有力补充。目前,旋转型超声波电机
2.学位论文王海燕二自由度检修机械臂的研究2007
随着核电技术的发展,核电站的检修维护显得非常重要。蒸汽发生器是核电站的重要组成部分,本文设计的检修机械臂用在蒸汽发生器的在役检测。
论文确定了二自由度检修机械臂本体结构,设计了关节的具体结构,对机械臂的位置伺服控制系统进行了研究。
首先介绍了国外蒸汽发生器检修的机械臂的发展概况,根据机械臂的工作环境、作业内容及性能要求,提出了检修机械臂结构的总体方案。确定了机械臂各连杆臂长度及各关节转角范围,计算了机械臂的作业空间进行。通过对机械臂作业和安装的极限位置进行分析,采用静力学的分析方法,计算出机械臂各关节所受的最大力矩。
作者:曾岩
学位授予单位:厦门大学
1.会议论文郑桦.丛爽.魏子翔提高实际绘图精度与速度的二自由度机械臂控制2007
从精度和速度两个方面着手,对具有绘图功能的二自由度串联机械臂系统进行实际的控制研究。首先针对系统实际的输出结果,探讨造成系统实际输出与期望输出之间很大差异的原因,采用修正运动控制器的参考输入并增大相应时间参数的控制方法,使机械臂的实际运动轨迹满足精度要求。然后在不影响绘图精度的情况下,对轨迹目标点。数和时间参数同时进行调节,比较后发现,前者对机械臂运行时间的影响更大,即在适当减少轨迹目标点的基础上增大时间参数,机械臂的运动速度有明显的提高,能够大大缩短任务的完成时间。最终的控制结果表明,机械臂系统的实际绘图性能得到了相当大的改善。
授权使用:吕先竟(wfxhdx),授权号:199b38f4-41b6-48ba-973b-9ea20105bd46
下载时间:2011年3月10日
杭州汽车租赁网
/
4.期刊论文王军南.丛爽.WANG Jun-nan.CONG Shuang基于视觉定位的二自由度机械臂控制系统-机械与电子
2008(2)
以二自由度机械臂为基础,用摄像机获取机械臂运动区域的图像,通过图像分析,求解机械臂末端执行器在直角坐标空间的坐标值,将该值作为系统的实际位置,并通过反馈与期望坐标值相减,将所获得的误差作为机械臂控制系统的补偿量,实现整个系统的全闭环控制,进一步解决了原半闭环控制带来的控制精度不高的问题.
的调速、定位原理,最后结合实验结果进行了分析。同时,针对调速过程中的非线性问题提出了简单易行的解决方法。
对全文内容进行总结,根据在研究行波超声波电机速度、位置控制中出现的问题,提出一些建议。
9.期刊论文侯远龙二自由度大功率机械手臂计算机控制系统-机床与液压2001(3)
本文针对一大功率二自由度机械手臂,设计了电液比例控制系统及FuzzyP+ID控制器,通过调试表明,所设计系统在整个工况下均有较高的控制品质
3.会议论文陈慧.翟晓军.徐志科.金龙超声波电机驱动的二自由度机械臂定位控制系统2005
机器人的关节通常要实现多自由度的运动功能.超声波电机具有的无噪声、低速大转矩、无输入自锁、定位精度高、响应快等优良性能,在机器人关节的运动控制中有着传统电磁电机无法比拟的优势.本文利用超声波电机,设计了一种二自由度机械臂驱动定位系统.并且通过实验对控制性能加以验证.
7.期刊论文林壮.朱齐丹.严勇杰.LIN Zhuang.ZHU Qidan.YAN Yongjie二自由度欠驱动机械臂的动力学模型与位
置闭环控制仿真-弹箭与制导学报2006,26(1)
文中以具有非驱动关节的水平两自由度机械手为对象,建立了并通过平均值法简化了系统的其动力学模型.针对简化后的平均系统,利用李亚普诺夫法设计了非驱动关节的任意位置闭环控制器,同时进行了计算机仿真.仿真结果表明平均系统与原真实系统具有相同的动力学特性,且控制方法是有效的.
厦门学
硕士学位论文
二自由度机械臂控制系统的设计与实现
姓名:曾岩
申请学位级别:硕士
专业:控制工程
指导教师:彭侠夫;曾春志
20080601
二自由度机械臂控制系统的设计与实现