空间七自由度冗余机械臂控制仿真与动力学研究

"本文主要研究了空间七自由度冗余机械臂的动力学建模与控制，包括正向动力学、位置控制以及力控制方面。通过全数值仿真系统在Simulink中验证了控制算法的性能。" 空间冗余机械臂是一种具有多余自由度的机器人结构，通常有超过完成任务所需的基本自由度。这种设计提供了灵活性和冗余性，可以在避免碰撞、优化运动性能或减少关节载荷等方面提供优势。在描述的3.4章节中，作者着重于冗余机械臂的位置控制数值仿真的研究，这是为了分析和验证控制策略的有效性和完整性。全数值仿真系统在Simulink中构建，它能够方便地模拟机械臂的动态行为，并评估控制参数变化对整体控制系统的影响。 位置控制仿真系统包含了几个关键模块：操作空间和扩充任务空间的轨迹规划、逆运动学、计算力矩控制器、正向动力学以及正运动学。根据不同的轨迹规划，位置控制可以分为目标位置、速度或加速度跟踪。这里选择的是基于目标速度的控制策略，使用计算力矩控制器以优化轨迹跟踪性能。计算力矩控制是通过计算每个关节应施加的力矩来实现精确的位置控制，从而减小跟踪误差。 硕士学位论文详细探讨了七自由度冗余机械臂的动力学建模和控制问题。动力学建模是解决机械臂运动的基础，而冗余机械臂的控制则涉及如何利用多余自由度来优化性能。论文提到了基于铰接体算法的正向动力学模型，这是一种通过空间矢量描述的方法，可以减轻传统动力学算法的计算负担。为验证算法的准确性，作者还在SimMechanics中建立了相应的模型进行仿真验证。 此外，论文还研究了基于增强混合阻抗控制的空间冗余机械臂力控制，这是为了提高机械臂与环境交互时的柔顺性和稳定性。增强混合阻抗控制结合了刚性和柔顺控制特性，允许机械臂在保持精确定位的同时，适应不确定的外界阻力。 这个研究涵盖了从理论建模到实际仿真验证的全过程，为理解和优化空间冗余机械臂的控制提供了深入见解。通过这样的工作，我们可以更好地设计和控制冗余机械臂，使其在复杂环境中的任务执行能力得到提升。