移動機械手穩(wěn)定性分析及補償方法研究.pdf

1、隨著各國對國家安全、社會治安等公共安全事業(yè)的高度重視，以防暴、反恐、消防滅火、排險救援等為特征的移動機械手發(fā)展十分迅速。移動機械手的穩(wěn)定性成為機械手完成上述安全工作的關鍵問題，由于環(huán)境的不確定性等原因造成的移動機械手穩(wěn)定性問題成為研究的熱點。
　　 本論文在國家863 計劃“危險化學反應器泄漏檢測與修補移動機械手系統(tǒng)”(2003AA421040)以及河北省自然科學基金項目“面向公共安全的移動機械手目標辨識與定位”(E200600

2、0030)的支持下，以自主研制的Hebut-Ⅱ型五自由度移動機械手為研究對象，針對移動機械手系統(tǒng)的非結構環(huán)境和任務多變的情況，基于“ZMP ”概念和神經網(wǎng)絡理論，對機械手運動穩(wěn)定性和控制穩(wěn)定性進行了深入的研究。在推導各坐標系之間的雅可比矩陣的基礎上，建立了基于遞推方法的雅可比矩陣在線估計模型。在分析移動載體的“零力矩點”的基礎上，將其擴展為“有效穩(wěn)定區(qū)”，進而研究移動機械手在非結構環(huán)境下受外界擾動時的穩(wěn)定性評價方法，建立了運動穩(wěn)定性評價

3、指標，確定了運動穩(wěn)定性補償范圍。
　　 在分析控制誤差補償方法的基礎上，建立了基于神經網(wǎng)絡技術的移動機械手動力學耦合補償方法，實現(xiàn)了對系統(tǒng)移動平臺和機械手臂的協(xié)調控制。
　　 本文的創(chuàng)新性成果與主要工作如下：
　　 1、研究了Hebut-Ⅱ型移動機械手系統(tǒng)的運動學、動力學問題；分析了該系統(tǒng)的完整約束與非完整約束，并在此基礎上建立了移動平臺的運動學約束模型，利用微分法求得移動平臺的離散模型，從而建立了移動機械手系統(tǒng)

4、的運動學模型。
　　 2、基于機械手和移動平臺的子動力學模型及移動機械手動力學模型，確立了力、質量和加速度以及力矩、慣量和角加速度之間的關系，根據(jù)機械手末端執(zhí)行器和車體的運動情況完成了相應關節(jié)力矩的計算，使其能以期望的加速度和速度運動，確保良好的位置精度和運動穩(wěn)定性；
　　 3、通過對影響移動機械手運動穩(wěn)定性因素的分析，研究并建立了非結構環(huán)境下移動機械手的穩(wěn)定方法及補償范圍。基于對移動載體的“零力矩點”的分析和計算，將其

5、擴展為“有效穩(wěn)定區(qū)”，進而研究了移動機械手在非結構環(huán)境下受外界擾動時的穩(wěn)定性評價方法，建立了其評價指標，確定了穩(wěn)定補償范圍。構建了模擬非結構環(huán)境，驗證了所設計的穩(wěn)定性評價標準和穩(wěn)定補償范圍的適用性；
　　 4、分析了機械手靜態(tài)位姿誤差的來源，對Hebut-Ⅱ型系統(tǒng)靜態(tài)位姿誤差所引起的末端位姿誤差進行了分析。基于移動機械手實際的運動測量數(shù)據(jù)對移動機械手的運動穩(wěn)定性進行了分析，得到Hebut-Ⅱ系統(tǒng)誤差產生的主要原因。在分析控制穩(wěn)定