移动机械臂轨迹跟踪控制及路径规划研究

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1、声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：垄盏盘仞沁年弓月习日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名：

2、翻弘年弓月刁日硕士论文摘要移动机械臂系统综合了移动机器人和机械臂的优势，具有更大的工作区域和灵活的运营能力，近年来，此类系统的研究已在经学术界和工业界迅猛发展。移动机械臂是一类具有高度非线性、强耦合性的非完整不确定性时变系统，其控制问题难以用传统的线性控制理论来解决。另外，移动机械臂的路径规划问题也是研究的重点，此问题的关键是要考虑两子系统问的协调，如使系统在完成任务时能耗最小、到达时间最短等，这就需要有新的路径规划方法。因此，移动机械臂的轨迹跟踪控制及路径规划研究意义重大。本文以简化的移动机械臂模型为研究对象，对其跟踪控制和路径规划问题进

3、行研究。这里采用两种控制算法来研究移动机械臂的轨迹跟踪问题，先是在精确建模的基础上采用微分几何方法实现系统的输入输出解耦，并在线性化解耦的基础上，设计了PD轨迹跟踪控制器，又利用MATLAB工具箱仿真分析了PD跟踪控制器的效果。然后，针对上述基于微分几何的解耦控制所存在的缺点及滑模变结构控制中的抖振问题，提出了基于改进趋近律的滑模变结构控制方案，仿真对比表明，它不仅能达到期望的移动机械臂轨迹跟踪效果，且在系统未建模及外界扰动情况下具有很强的鲁棒性，并能有效削弱抖振。此外，本文还探究了一种基于主从式的移动机械臂协调路径规划方法，主要思想是对移

4、动平台和机械臂各自的规划采取主从式关系，并根据性能适时地调整该关系，使得整个系统能在空间环境中搜索到最优路径。最后，通过仿真验证了该规划算法的可行性。关键词：移动机械臂，轨迹跟踪，线性化解耦，滑模变结构控制，路径规划，主从式协同进化算法。Abstract硕士论文Inrecentyears，thestudyofmobilemanipulatorsystemshavearousedrapiddevelopmentinacademiaandindustry，becausetheycombinetheadvantagesofmobilerobota

5、ndmanipulator,whichmakethesystemhavingalargerworkareaandflexibleoperationalcapabilities．Itisdifficulttousetraditionallinearcontroltheorytostudythecontrolproblemofmobilemanipulator,becauseitisatypicalnonholonomicuncertaintysystemwitlltime-variety,highlydynamicnonlinear,stro

6、ngcoupling．Inaddition，themotionplanningandcoordinationofmobilemanipulatorsisalsoafocusofresearch，whosekeyiStoconsiderthemotionplanningcoordinationbetweenthetwosubsystems，suchashowtogettheminimumenergyconsumption，howtogettheshortestreach-time，whichnotonlyputforwardhigherreq

7、uirementsforpathplanning，butalsorequiresanewpathplanningmethod．Therefore，itissignificanttostudythetrajectorytrackingcontrolandpathplanningofmobilemanipulators．Thispaperusesasimplifiedmodelofmobilemanipulatorsastheresearchobjecttostudyitstrackingcontrolstrategiesandmotionpl

8、anning．Here．aSforthetrackingcontrolofmobilemanipulators，weusedtwokindsofcontrolalgorithms