可重構機械臂關節(jié)模塊控制器設計及運動控制研究.pdf

1、近年來，具有高柔性、設計周期短、高可靠性、成本低和易維護等特點的模塊化可重構機械臂，在實驗室研究、航天、核工業(yè)、軍事等領域得到了廣泛的研究與應用。本文以國家自然科學基金課題“可重構機械臂剛柔耦合系統(tǒng)動力學建模與主動振動控制研究”（課題編號：60905048）為依托，針對模塊化可重構機械臂關節(jié)模塊控制器設計及運動控制開展相關研究工作。介紹了模塊化可重構機械臂的控制器設計和運動控制算法的國內外研究現狀，明確了本課題的主要研究內容和研究工作。

2、以此為基礎，針對模塊化可重構機械臂關節(jié)模塊控制器設計及運動控制研究開展了以下幾個方面的研究：
　　(1)分析了模塊化可重構機械臂系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的組成和功能，以及模塊化可重構機械臂的構形多變性。分析歸納了模塊化可重構機械臂關節(jié)模塊控制器的主要功能為：負責底層驅動、與上位機以及其他模塊通訊、控制、狀態(tài)檢測以及電源轉換等。
　　(2)針對關節(jié)模塊控制器的功能需求，設計了一種集底層驅動、通訊、控制、狀態(tài)監(jiān)測及電源轉換于一體的關節(jié)模塊

3、控制器。對關節(jié)模塊控制器的三大組成單元，即驅動單元、控制單元和電源單元的主要功能電路的硬件設計依據、器件選型和能實現的功能進行了介紹，并對組裝完成的關節(jié)模塊控制器進行了測試。
　　(3)針對模塊化可重構機械臂的構形多變性，本文提出了一種適合于構形變化的PID參數自調整方法。該方法主要包括粗調和精調兩大部分。粗調部分在對模塊化可重構機械臂系統(tǒng)進行構形辨識和相應的運動學和力學分析的基礎上，從PID參數庫中提取出滿足模塊類型和力學特性的

4、PID參數，對關節(jié)模塊控制器進行初始化。精調部分基于模糊自適應控制理論，針對單個模塊控制器的PID參數進行調節(jié)，對關節(jié)模塊控制器的位置環(huán)設計模糊PID控制器，實現PID參數的在線自調整。
　　(4)本文中的實驗部分，首先，對關節(jié)模塊控制器進行了測試實驗，驗證了關節(jié)模塊控制器的功能滿足設計需求；其次，進行了基于構形辨識的PID參數實驗，驗證了上位機可以為關節(jié)模塊控制器提供準確的初始 PID參數值；然后，建立了Simulink仿真實驗