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船体型材切割机械臂轨迹规划与控制研究
| 论文题名： | 船体型材切割机械臂轨迹规划与控制研究 |
| 关键词： | 机械臂;轨迹规划;型材切割;跟踪控制;船体建造 |
| 摘要： | 船舶工业是复杂的综合性产业，与金融投资、机电设备、材料工艺等多个行业关系密切。船体的建造过程中有大量的切割、装配、焊接和涂装等工作，人工完成上述工作不能保证精度和质量，而且噪声、粉尘等有害因素危害工人健康。机械臂不仅能够在恶劣环境中正常工作，而且能够保证加工精度，提高生产效率。机器人技术也是对造船CIMS强有力的补充。 本文以垂直关节型六自由度机械臂STAUNLI-TX90为研究对象，着重研究了其轨迹规划和轨迹跟踪控制问题。 首先研究了机械臂的运动学分析方法，运用 D-H坐标系法建立了机械臂连杆坐标系，根据连杆参数和齐次变换矩阵推导了机械臂的运动学方程，采用解析法给出了机械臂的逆运动学求解公式。在MATLAB中建立了机械臂的三维简化模型了，验证了运动学分析过程的合理性。 其次介绍了关节空间（任务空间）的多项式、抛物线过渡曲线轨迹规划和笛卡尔空间（坐标空间）的空间直线、圆弧插补算法。对其中的三次多项式和五次多项式轨迹规划进行了对比仿真，结果显示五次多项式规划的加速度曲线平滑性更好。详细介绍了k次非均匀 B样条曲线及其轨迹规划求解步骤，并采用三次 B样条曲线分别对关节空间和笛卡尔空间的数据点序列进行规划仿真，结果显示曲线光顺，算法合理。 最后在传统定参数 PID控制的基础上对比引入基于滑模控制的自适应 PID控制，设计了滑模面，采用梯度下降法求解自适应率，为了保证系统的轨迹跟踪稳定性，添加了监督控制器，在Simulink中仿真验证了控制器能够发挥作用，能够实现轨迹跟踪，控制效果理想。 |
| 作者： | 王志迎 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 茅云生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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