| 【中文题名】 | 三自由度液压伺服关节的设计及其控制方法的研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 机械制造及其自动化 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-11-21 |
| 【中关键词】 | 液压伺服关节,运动解耦,动力学模型,ANFIS,试验样机,实验平台 |
| 【英关键词】 | Hydraulic servo joint,Motion decoupling,Dynamic model,ANFIS,Test prototype,Experiment platform, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
机器人关节是机器人中一个极为重要的组成部分,是构成机器人的基本单元,关节性能的好坏将直接决定机器人整体性能的优劣。基于目前机器人研究领域的关键技术之一——新机构的研究,本文在分析各种机器人关节驱动方式优缺点的基础上,以设计出一种实用解耦型三自由度液压伺服关节为目的,进行了研究与探讨。
首先通过对运动解耦机理的分析,得出了只有结构解耦才能做到运动解耦的结论,并给出了结构解耦的条件;在此基础上提出了一种三自由度垂直相交运动解耦型液压伺服关节的设计思想,并从结构与驱动的角度探讨了方案设计的要点;在分析关节伺服跟踪方案的基础上,对关节内置角度伺服阀芯阻力矩进行测试,为关节的结构设计提供实验依据;
在方案设计的基础上,详细分析了结构设计的基本要求与主要考虑的问题,运用优化设计、三维造型设计、虚拟设计等现代设计方法对关节结构进行了详细设计,绘制了关节总装配图;
研究了因结构死区造成位置跟踪误差这一问题,探讨了消除位置跟踪误差的控制补偿方法;在建立关节动力学模型的基础上,通过比较几种控制方法在关节位置跟踪问题上存在的不足,提出了一种自适应神经网络模糊控制补偿方法(ANFIS),并通过仿真验... |
| 【论文题纲】 |
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中文摘要 |
3-4 |
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英文摘要 |
4-9 |
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第一章 绪论 |
9-16 |
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1.1 引言 |
9 |
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1.2 国内外研究现状 |
9-13 |
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1.2.1 液压驱动机器人研究现状 |
10 |
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1.2.2 关节设计研究现状 |
10-12 |
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1.2.3 动力学研究现状 |
12 |
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1.2.4 控制方法研究现状 |
12-13 |
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1.3 课题来源与意义 |
13-14 |
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1.4 本文主要研究工作 |
14-15 |
|
1.5 本章小结 |
15-16 |
|
第二章 机理分析与方案设计 |
16-28 |
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2.1 运动解耦机理分析 |
16-19 |
|
2.2 方案设计与分析 |
19-23 |
|
2.2.1 方案设计要点 |
19-20 |
|
2.2.2 设计思想 |
20 |
|
2.2.3 空间结构方案 |
20-22 |
|
2.2.4 伺服跟踪方案 |
22-23 |
|
2.3 角度伺服阀芯阻力矩的测试 |
23-27 |
|
2.3.1 理论分析 |
23-24 |
|
2.3.2 实验研究 |
24-26 |
|
2.3.3 减小摩擦阻力矩的措施 |
26-27 |
|
2.4 本章小结 |
27-28 |
|
第三章 液压伺服关节的设计与优化 |
28-48 |
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3.1 总体设计 |
28-31 |
|
3.1.1 结构设计的基本要求 |
28-29 |
|
3.1.2 结构设计主要考虑的问题 |
29-31 |
|
3.2 结构参数优化设计 |
31-36 |
|
3.2.1 数学模型的建立 |
32-35 |
|
3.2.2 优化方法 |
35 |
|
3.2.3 应用Matlab 优化工具箱求解 |
35-36 |
|
3.2.4 优化结果分析 |
36 |
|
3.3 结构设计 |
36-38 |
|
3.4 主要零件刚度与强度分析 |
38-44 |
|
3.4.1 第一级缸体有限元模型的建立 |
39-41 |
|
3.4.2 计算结果分析 |
41-44 |
|
3.5 基于虚拟样机的进一步分析 |
44-47 |
|
3.5.1 建立虚拟样机模型 |
44-45 |
|
3.5.2 运动仿真 |
45-46 |
|
3.5.3 干涉检查 |
46-47 |
|
3.6 本章小结 |
47-48 |
|
第四章 基于ANFIS 的液压伺服关节的控制 |
48-71 |
|
4.1 液压伺服关节控制方法的探讨 |
48-49 |
|
4.2 自适应神经网络模糊控制补偿方法（ANFIS） |
49-51 |
|
4.2.1 ANFIS 简介 |
49-50 |
|
4.2.2 ANFIS 结构与原理 |
50-51 |
|
4.3 液压伺服关节系统的动力学模型 |
51-59 |
|
4.3.1 数学模型 |
51-56 |
|
4.3.2 MATLAB 模型 |
56-58 |
|
4.3.3 系统仿真与分析 |
58-59 |
|
4.4 关节系统的ANFIS 控制器设计 |
59-65 |
|
4.4.1 模型分析 |
60-61 |
|
4.4.2 样本数据的获取 |
61-62 |
|
4.4.3 训练生成ANFIS 模糊推理系统 |
62-65 |
|
4.4.4 关节系统ANFIS 模型的建立 |
65 |
|
4.5 仿真结果分析 |
65-70 |
|
4.5.1 仿真结果 |
66-67 |
|
4.5.2 不同输入时的响应特性 |
67-68 |
|
4.5.3 复合方波信号激励下的响应特性 |
68-69 |
|
4.5.4 压力变化时的响应特性 |
69 |
|
4.5.5 不同负载时的响应特性 |
69-70 |
|
4.6 本章小结 |
70-71 |
|
第五章 三自由度液压伺服关节的实验研究 |
71-79 |
|
5.1 试验样机的研制 |
71 |
|
5.2 实验系统设计 |
71-75 |
|
5.2.1 实验预期目标 |
71-72 |
|
5.2.2 实验系统原理 |
72 |
|
5.2.3 液压系统设计 |
72-73 |
|
5.2.4 控制系统设计 |
73-75 |
|
5.3 实验系统分析 |
75-78 |
|
5.3.1 实验步骤 |
75 |
|
5.3.2 样机基本性能实验 |
75-77 |
|
5.3.3 实验结果分析 |
77-78 |
|
5.4 本章小结 |
78-79 |
|
第六章 结论与研究工作展望 |
79-81 |
|
6.1 主要研究成果 |
79-80 |
|
6.1.1 主要研究成果 |
79-80 |
|
6.1.2 主要创新点 |
80 |
|
6.2 下一步研究工作展望 |
80-81 |
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参考文献 |
81-86 |
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致谢 |
86-87 |
|
附录 |
87-93 |
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附录1：三自由度液压伺服关节总装配图 |
87-88 |
|
附录2：动力学模型各系数表达式 |
88-91 |
|
附录3：耦合力矩模块各组成模块 |
91-93 |
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作者在攻读硕士学位期间发表的论文 |
93 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.386348 |
