关键词：3-DOF并联机械臂;;动力学建模;;轨迹跟踪;;滑模控制;;模糊控制
摘 要：由于并联机构的承载能力大、运动精度高、机构构型灵活等优势被越来越多的专家学者所青睐,并联机构已经广泛应用于消防机器人、驾驶员模拟舱、摇摆台等领域。本文对源自国家科技支撑计划项目,具有自主知识产权、能进一步应用于多足机器人、多杆件支撑动大载荷平台、承载能力强作业精度高的多自由度机械手等所要求的腿或臂关键部件——一种弱耦合新型3-DOF并联机构进行了动力学建模和轨迹跟踪控制研究。本文主要工作如下:首先,在详尽分析(U+UPS)P+UPS型3-DOF并联机构构型的基础上,剖析各支链间的约束关系,采用拉格朗日法建立该3-DOF并联机构的动力学模型,为后续的轨迹跟踪控制算法的研究奠定了基础。其次,针对该3-DOF并联机构的轨迹跟踪问题,设计模糊PID控制器。该控制器采用模糊算法对PID参数进行调整。通过数值仿真进一步对模糊PID算法的有效性进行验证。对比传统PID控制算法的仿真结果,该控制器有效减小了各支链的跟踪误差。再次,为了提高该3-DOF并联机构的跟踪精度和抗干扰能力,设计模糊滑模控制器。该控制器通过模糊算法对滑模控制器的参数进行调整。对该算法进行数值仿真,仿真结果验证了基于指数趋近律的模糊滑模控制器具有减小轨迹跟踪误差和提高抗干扰力的优势。最后,针对(U+UPR)P+UPS型并联机械臂,设计并搭建了3-DOF并联机械臂的实验平台。该平台主要由3-DOF并联机械臂、数据采集卡、信号转换器、伺服电机、伺服驱动器、上位机、运动控制器等构成。基于搭建的实验平台,分别采用模糊PID控制算法和模糊滑模控制算法对3-DOF并联机械臂进行轨迹跟踪实验研究。实验结果表明,建立的机械臂动力学模型是合理、有效的,所设计控制方案是可行的,搭建的实验平台是正确的,在设计的控制算法作用下3-DOF并联机械臂实现了轨迹跟踪。
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