绳索牵引并联机器人的高精度轨迹跟踪控制研究

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不同于使用刚性连杆控制动平台的传统并联机器人,绳索牵引并联机器人是将刚性连杆替换为柔性绳索而发展起来的一种新型并联机器人。结构上的改变使得该类机器人具有多种优点,包括较大的工作空间、较低的惯性、较高的负载能力以及可根据环境需要重新配置结构的能力。为了解决轨迹跟踪控制存在多绳索协调运动、未建模动力学和外部干扰的问题,本文进行了高精度的轨迹跟踪控制研究,主要工作内容如下:(1)推导了绳索牵引并联机器人的通用动力学模型,并在绳长空间设计了一个鲁棒同步控制策略用于实现高精度的轨迹跟踪控制。利用Lyapunov理论证明了绳长跟踪误差是一致最终有界的。文中分别进行了轨迹跟踪控制的仿真和实验,结果表明鲁棒同步控制策略具有较高的轨迹跟踪精度和鲁棒性。(2)针对驱动装置动力学模型的参数存在时变性的问题,以及鲁棒同步控制需要引入高增益的问题,设计了一个鲁棒自适应同步控制器。文中分析了控制器的稳定性,并进行了轨迹跟踪控制实验和干扰实验。实验结果表明鲁棒自适应同步控制策略具有良好的轨迹跟踪精度和鲁棒性。(3)为了加快参数在线更新的收敛速度,设计了一种工作空间与绳长空间相结合的新型复合自适应控制策略,并分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性。最终实现了轨迹跟踪控制仿真,仿真结果表明新型复合自适应控制策略可以保证参数快速地、平滑地收敛到真值,从而减小轨迹跟踪误差的峰值,加快了误差收敛过程。
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