六自由度机械臂末端轨迹跟踪控制研究-工程机械专业毕业论文.docx

StudyonTrajectoryTrackingControloftheEndofSix-DOFManipulatorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:MengWeilaiSupervisor:’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明:本人所呈交的学位论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名: 年 月 日导师签名: 年 月 日本文以六自由度机械臂为研究对象,基于Udwadia-Kalaba方程的动力学模型分析,将其用于六自由度机械臂轨迹跟踪控制,为机械臂轨迹跟踪控制器的设计提供理论依据。对于六自由度机械臂的正逆运动学,通过三维空间位姿描述方法以及机械臂连杆坐标系建立方法,利用D-H参数得到机械臂各个关节坐标系间的相互转换公式,从而建立机械臂的正运动学方程。在此基础上,采用双变量反正切函数分析得到了机械臂逆运动学的封闭解。通过约束理论、伪逆矩阵、拉格朗日方程及高斯最小拘束原理的介绍,推导了Udwadia-Kalaba方程。结合Baumgarte约束违约稳定法可以解决Udwadia-Kalaba方程不适用于不相容初始条件的问题。根据D-H连杆坐标系,首先按照拉格朗日方法推导出机械臂的无约束运动模型,然后采用欧拉角描述机械臂末端连杆约束姿态,与正运动学方程联立,得出广义坐标形式的姿态约束矩阵方程,通过求解欧拉角逆解,建立描述机械臂姿态的约束方程式,从而利用Udwadia-Kalaba方程建立机械臂系统动力学模型进行轨迹跟踪控制。仿真采用了Matlab仿真及与Adams软件的联合仿真,Matlab仿真按照初始条件是否相容,从固定姿态约束到姿态轨迹约束的情况依次进行,联合仿真考虑不相容初始条件与姿态轨迹约束的一般情况,实现了稳定的轨迹跟踪控制,是对理论研究成果的验证。通过这些研究工作得出基于Udwadia-Kalaba方程的六自由度机械臂轨迹跟踪控制方法能够以较高的精度实时跟踪约束方程所描述的目标轨迹。关键词:六自由度机械臂,动力学建模,轨迹跟踪,仿真iInthispaper,astudyonSix-DOFmanipulatorisdone,icmodelbasedonUdwadia-KalabaequationisusedtotrajectorytrackingcontroloftheSix-DOFmanipulator,-DOFmanipulator’sforwardandinversekinematics,throughthemethodtodescribepositionandorientationinthree-dimensionalspaceandthemethodtoestablishcoordinatesystemofthemanipulatorlinkage,,,pseudo-inversematrix,LagrangeequationandGaussianminimumconstraintprinciple,derivedUdwadia-binedwiththeconstraintviolationstabilitymethodproposedbyBa