主从式双冗余机械臂协同控制方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王勇亮 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 王挺 |
| 关键词 | 遥操作机器人 滑模控制 灰狼优化算法 主从控制 |
| 学位名称 | 专业学位硕士 |
| 学位专业 | 控制工程 |
| 其他题名 | Cooperative Control Technology Researches for the Master-Slave Double Redundancy Manipulators Robot |
| 英文摘要 | 目前，虽然各国处在友好和平时期，但恐怖爆炸袭击时常发生。为了消除爆炸物对人民安全的损害隐患，各国研制了各种型号的排爆机器人。但现阶段，载有单机械臂的可移动机器人为排爆机器人的常见样式，然而面对复杂任务时，单臂排爆机器人难以稳定高效地完成排爆任务。因此，拟人化的双臂排爆机器人的研制任务尤为重要。本文针对搭载十六自由度拟人机械臂的六轮排爆机器人，旨在研究主从式遥操作工作方式中机械臂的控制方法。考虑运动学动力学建模的难点及遥操作过程中的可变时延问题，本文针对群智能算法提出改进，用于解决冗余机械臂逆运动学求解困难问题；设计了基于H∞的积分滑模控制器，提高了主从式控制系统抗可变时延的能力，增强了系统的鲁棒性和稳定性；改进了机械臂自主规划算法，提高了系统的智能性。具体内容如下：1、对双冗余机械臂进行运动学及动力学建模。本文研究的双冗余机械臂具有十六自由度，单臂具有七自由度，腰部两个自由度，为具有多自由度的刚体。为解决逆运动学中求解非线性方程组的计算复杂度以及解不唯一的问题，采用改进灰狼优化算法进行逆运动学解算。为提高动力学模型的精确性，降低动力学解算的复杂度，采用“Ju-Kane”法对单臂建立动力学模型。2、基于H∞性能指标的积分滑模控制器设计。由于主端机器人和从端机器人的通信距离较远以及运动学和动力学模型解算耗时，导致主从机械臂之间存在时延问题。且在实际系统中，延迟时间为变量。本文针对主从式双冗余机械臂控制系统存在的可变时延、外部干扰和动力学模型的不确定性设计了基于H∞的积分滑模控制器保证主从端机械臂的实时跟随控制。最后，利用Lypunove-Krasoviskii函数推导出该控制器保持系统稳定性的条件。3、通过仿真验证所提出算法及所设计控制器的有效性。通过Matlab和Coppeliasim机器人仿真平台联合仿真模拟主从机器人系统，实时采集绘制主从两端机械臂的位置和速度信息。最后，通过得到的仿真结果分析应用到实际系统的效果。4、将所提出算法及所设计控制器应用到实物平台进行实验验证。本文的实验平台为主端-从端式双冗余机械臂遥操作系统，主端为可穿戴式外骨骼机器人，从端机器人为搭载在六轮地面移动机器人上的类人双冗余机械臂。主控板为Nvidia Jetson Tx2，基于ROS平台实现所有理论。经过实验验证，本文提出的控制器和规划算法，可在保证精确性的前提下实现主从式双冗余机械臂的实时控制。本文设计搭建了主从式冗余双臂机器人控制系统，重点针对主从式控制模式下冗余双臂的控制方法进行研究。基于本文所设计的控制器，在动力学模型不确定性、外部干扰和可变时延问题下，系统仍可保持稳定，具有一定的稳定性和鲁棒性。对控制方法的研究可以为双臂机器人的研制和开发提供指导性意见，从而进行技术突破，进一步完成拟人化排爆机器人研制。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 94页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28982]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王勇亮. 主从式双冗余机械臂协同控制方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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