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二自由度机器人轨迹跟踪控制算法的设计与实现

目录

二自由度机器人轨迹跟踪控制算法的设计与实现（1）．．．．．．．．．．．．5

一、文档概览．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

1.3研究内容与目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

1.4论文结构安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

二、二自由度机器人运动学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

2.1机器人结构概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

2.2运动学模型建立．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

2.2.1位置运动学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

2.2.2速度运动学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2.3欧氏变换与齐次变换．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

2.4逆运动学解算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

三、二自由度机器人轨迹规划．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

3.1轨迹规划概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

3.2轨迹曲线类型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

3.2.1三次样条曲线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

3.2.2贝塞尔曲线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

3.3轨迹生成方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

3.4轨迹约束条件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

四、二自由度机器人控制算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

4.1控制系统结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

4.2基于模型的控制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38

4.2.1比例微分(PD)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

4.2.2比例积分微分(PID)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41

4.3基于模型的控制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

4.3.1线性二次调节器(LQR)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

4.3.2状态观测器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

4.4鲁棒控制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47

4.4.1滑模控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．49

4.4.2预测控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

五、二自由度机器人轨迹跟踪控制仿真．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51

5.1仿真平台搭建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53

5.2仿真参数设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53

5.3仿真结果分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55

5.3.1位姿跟踪误差分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57

5.3.2角速度跟踪误差分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58

5.4不同控制算法对比