多关节机器人轨迹跟踪控制设计.docx

摘要：随着社会的进步，人们越来越希望用机器人替代人类完成高污染、高危险和需要质量控制的工作，并通过机器人的发展直接推动产业升级。其中多关节机器人对工业生产生活起到非常重要的作用，因此对它的应用也更加广泛。从人们的日常生活、工业控制、高危作业、农业、医疗康复、甚至到海洋探测、太空探测，已拓展到全球经济发展的诸多领域，机器人技术发挥着越来越重要的作用。

多关节机器人系统是一个具有强非线性和紧耦合的复杂的多输入多输出控制系统，且在工业生产中对多关节机器人运动的平稳性和可靠性要求越来越高。其中多关节机器人轨迹跟踪控制系统关键是在给定各关节的驱动力矩后，机器人的位移（位置）、速度等状态变量能有效精确的跟踪目标轨迹，让多关节机器人按照人们给定的轨迹进行运动。

滑动模态控制具有很好的抗干扰性和鲁棒性，在有外界干扰和内部误差的情况下，滑模控制对系统可以完全适应，因此可以被广泛应用在多关节机器人轨迹跟踪控制中。虽然滑模控制可以对机器人复杂的系统实现解耦降阶，且控制简单等，但会有很强的抖动。因此本课题分别采用双环积分滑模控制和低通滤波滑模控制对多关节机器人进行控制，对其建模并选择用MATLAB软件进行Simulink仿真分析与调试，对建立的多关节机器人系统进行轨迹分析设计，仿真结果表明这两种滑模控制器都能达到良好的控制效果，对多关节机器人的位移和速度轨迹跟踪能达到期望，总体来说多关节机器人在双环积分滑模和基于低通滤波的滑模控制下，位置和速度轨迹跟踪性能具有良好的动态品质，其跟踪误差渐近、稳定趋近于零。

关键词：双环积分，低通滤波，滑模控制，多关节机器人，MATALB

目录

摘要

Abstract

第一章 绪  论-1

1.1研究背景-1

1.2机器人国内外研究现状-2

1.3研究目的与意义-2

1.4机器人主要控制策略-3

1.5本文的主要内容-3

第二章 多关节机器人动力学模型-5

2.1 立柱可回转三关节机器人系统-6

2.1.1 立柱可回转三关节机器人模型-6

2.1.2立柱可回转三关节机器人动力学模型-6

2.2 立柱可移动三关节机器人系统-8

2.2.1 立柱可移动三关节机器人模型-8

2.2.2 立柱可移动三关节机器人动力学模型-8

第三章 基于双环积分的滑模控制设计-10

3.1 滑模控制-10

3.2 基于双环积分的滑模控制整体系统结构-10

3.3内环滑模控制设计-10

3.4 外环滑模控制设计-11

第四章 基于低通滤波的滑模控制设计-13

4.1 基于低通滤波的滑模控制整体系统结构-13

4.2基于低通滤波的滑模控制设计-13

第五章 仿真设计-17

5.1 仿真模型搭建-17

5.2双环积分滑模控制系统仿真模型-18

5.3低通滤波滑模控制系统仿真模型-21

第六章 仿真调试-23

6.1双环滑模控制仿真-23

6.2低通滤波滑模控制仿真-26

第七章 总结与展望-29

参考文献-30

致谢-31