机械手外文文献及翻译.docx

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机械手外文文献及翻译

Model-basedControlfor6-DOFParallelManipulator

基于模型的控制六自由度并联机器人

Abstract

摘要

Anovelmodel-basedcontrollerforsix-degree-of-freedom（DOF）parallelmanipulatorisproposedinthispaper,inordertoabatementtheinfluenceofplatformloadvarietyandcompelthesteadystateerrorsconvergetozero

一种新的基于模型的控制器的六自由度并联机器人（自由度）提出，以便消除影响平台负载的品种和迫使稳态误差收敛到零

Inthispaper,6-DOFparallelmanipulatorisdescribedasmulti-rigid-bodysystems,themathematicalmodelofthe6-DOFparallelmanipulatorincludingdynamicsbasedonKanemethodandkinematicsusedclosed-formsolutionsandNewton-Raphsonmethodisbuiltingeneralizedcoordinatesystem.

在本文中，六自由度并联机器人被描述为多刚体系统，数学模型的六自由度并联机器人基于凯恩方法包括动力学和运动学使用封闭形式的解决方案和牛顿迭代法是建立在广义坐标系统。

Themodel-basedcontrollerispresentedwiththefeedbackofcylinderspositionsofplatform,desiredtrajectoriesanddynamicsgravityastheinputandtheservovalvecurrentasitsoutput.

基于模型的控制器是与气缸位置反馈平台，所需的轨迹和动态重力作为输入和输出的伺服阀电流。

Theperformanceofthecontrolschemefor6-DOFparallelmanipulatorisanalyzed.Simulationoftheparallel

manipulatorwithmodel-basedcontrollerisexecutedinMATLAB/Simulink,thesimulationresultsindicatethemodel-basedcontrollercanreducetheinfluenceofloadvarietyofplatformandeliminatesteadystateerrorof6-DOFhydraulicdrivenparallelmanipulator.

性能的六自由度并联机器人控制方案分析。

模拟的并行机器人控制器中执行基于模型仿真，仿真结果表明，基于模型的控制器可以减少的影响，负荷变化的平台和消除稳态误差的液压驱动六自由度并联机器人。

Keywords

关键词

parallelmanipulator;model-basedcontrol;dynam–ics;kinematics

并联机器人；基于模型的控制；动态–IC；运动学

INTRODUCTION

介绍

Parallelmanipulatorhasbeenextensivelystudiedduetoitshighforce-to-weightratioandwidespreadapplication[1-2].

并联机器人已被广泛研究，由于其高动力重量比和广泛的应用[1-2]。

6-DOFparallelmanipulatorisnamedStewartplatformafterStewartillustratedtheuseofsuchparallelstructure[3],itisalsoreferredtoasGough-platformwhopresentedthepracticaluseofsuchasystem[4].

六自由度并联机器人取名斯图尔特平台后，斯图尔特说明使用这种平行结构[3]，它也被称为高夫平台，高夫提出实际使用这种系统[4]。

Hunt[5]researchedthekinematicsofparallelmanipulatorsbasedonscrewtheoryandenumeratedpromisingkinematicsstructures.

亨特[5]研究了并联机器人运动学基于螺旋理论和列举的有前途的运动学结构。

DoandYang[6]usedtheNewton-EulerapproachtosolvetheinversedynamicsforStewartplatformassumingthejointsasfrictionlessandlegsasymmetrical.

和阳[6]采用牛顿-欧拉法求解逆动力学假设斯图尔特平台关节摩擦和腿不对称。

Nguyenetal.[7]havedevelopedajoint-spaceadaptivecontrolschemeappliedtoanelectromechanicallydrivenStewartplatformusingLyapunovdirectmethod.

阮等人[7]已经制定了一个空间自适应控制方案应用于机电驱动斯图尔特平台利用李雅普诺夫直接方法。

Liuetal[8]discussedtask-spacecontrolschemeforStewartplatformbasedmillingcell.

刘等人[8]讨论工作空间控制方案的斯图尔特平台铣削单元。

HatipandOzgoren[9]developedadynamiccontrolstrategyforStewartplatform.

hatip和ozgoren[9]提出了动态控制策略斯图尔特平台

Noriegaetal.[10]presentedaneuralnetworkcontrolschemeandshoweditssuperiorityoverakinematicscontrol.

诺列加等人[10]提出了一个神经网络控制方案，在运动控制方面显示出其优越性

Davliakosetal[11]developedoperationalerrorjointfeedbackcontrolschemeembeddingtheforwardkinematicsinthefeedbackcontrolloopfor6-DOFelectrohydraulicParallelmanipulatorplatforms.

davliakos等人[11]开发操作误差反馈控制方案嵌入关节运动学在反馈控制回路的六自由度并联机器人平台电液。

Kimetal.[12]researchedandappliedahighspeedtrackingcontrolfor6-DOFelectricdrivenStewartplatformusinganenhancedslidingmodecontrolapproach.

基姆等人。

[12]研究和应用的一个高速度跟踪控制的六自由度电动驱动的斯图尔特平台的使用增强的滑模控制方法。

Amodel-basedcontrollerfor6-DOFhydraulicdrivenparallelmanipulatorwithsymmetricjointlocationsisdevelopedtoreducetheeffectofloadvarietyofplatformandeliminatethesteadystateerrorofthecontrolsystems

基于模型的控制器的六自由度液压驱动并联机器人的对称关节的位置来降低负载的影响多种平台和消除稳态误差的控制系统

Multi-rigidbodydynamicsmodelsarebuiltconsideringtheGough-Stewartplatformas13rigidbodybasedonKanemethod.

多刚体动力学模型的建立，考虑到斯图尔特的平台有13刚体基于凯恩方法。

TheforwardkinematicsandinversekinematicsmodelsaredescribedwithNewton-Raphsonmethodandclosed-formsolution.

正运动学和逆运动学模型描述的牛顿迭代法和解析解。

Thedevelopedcontrolleremploysrigidbodydynamicandyieldstheinputcurrentvectoroftheservovalve,thedynamicgravitytermincludingthegravityofplatform,loadandhydrauliccylindersisusedtocompensatetheinfluenceofgravityofparallelmanipulatorplatform.

该控制器采用刚体动力学和产量的输入电流矢量的伺服阀，动态重力项包括重力平台，负载和液压缸，用于补偿重力的影响，对并联机器人平台。

Inanalytical,thesteadystateerrorsconvergeasymptoticallytozero,independentofloadvariation.

在分析，稳态误差渐近收敛于零，独立的负载变化。

Themodel-basedcontroller,PDcontrolwithgravitycompensation,isdevelopedtoreducetheeffectofloadvarietyofplatformandeliminatesteadystateerrorofhydraulicdrivenparallelmanipulator.

基于模型的控制器，控制重力补偿，以减少开发影响负载多种平台和消除稳态误差的液压驱动并联机器人。

MATHEMATICALMODEL

数学模型

The6-DOFhydraulicdrivenparallelmanipulatorconsistofafixedbase（downplatform）andamoveableplatform

（upperplatform）withsixcylinderssupportingit,allthecylindersareconnectedwithmovementplatformandbasewithHookejoints,asshowninFig.1.

六自由度液压驱动并联机器人包括一个固定基地（下）和一个可移动的平台（平台）六缸支持它，所有气缸的运动平台和基地连接万向接头，如图1所示。

Figure1.Hydraulicdriven6-DOFparallelmanipulator

图1。

液压驱动六自由度并联机器人

A.KinematicsModel

Kinematicsisthescienceofmotionthattreatsthesubjectwithoutregardtotheforcesthatcauseit[13],thekinematicsof6-DOFparallelmanipulatorincludeinversekinematicsandforwardkinematics,forwardkinematicsisusedtosolvethegeneralizedcoordinatesofupperplatformwiththelengthoflegasitsinputvariable,theforwardkinematicsequationcanbeshowedas

Θj+1=Θj+Jl⋃-1⋅（L0-Lj）

（1）

A.运动学模型

运动学是运动科学，对待这个问题没有考虑到的力量，因为它[13]，六自由度并联机器人的运动学逆运动学，包括运动学，运动学是用来解决广义坐标上平台与腿部的长度作为输入变量，正运动学方程可以显示如

Θj+1=Θj+Jl⋃-1⋅（L0-Lj）

（1）

whereΘ=（q1,q2,q3,q4,q5,q6）Tisthe6×1vectoroftheplatformgeneralizedcoordinates,q1,q2,q3,aretheplatformcenterofmassCartesiancoordinates,q4,q5,q6,aretheplatformEuleranglesunderZ-Y-Xorder,jistheiterativenumbers,L0isameasuredlength6×1vectoroflegoftheplatform,Ljisthe6×1solvingvectorduringtheiterativecalculation.

在Θ=（q1,q2,q3,q4,q5,q6）T是6×1向量的平台广义坐标，第1，2，3，是平台质心笛卡尔坐标，4，5，6，是欧拉的平台角下z-y-x秩序，是迭代次数，L0是一种测量长度6×1向量的腿的平台，Lj是6×1在迭代计算求解矢量。

Inversekinematicsofparallelmanipulatorisdifferentfromserialmanipulator,thelengthoflegofplatformcanbesolvedbyclosed-formsolution,anditcanbedescribedby

L=（R*A-B）+t

（2）

whereLisa3×6lengthmatrixoflegofplatform,Risa3×3rotationmatrixfrombodycoordinatestoglobalcoordinates,Aisa3×6matrixofupperjointspoints,Bisa3×6matrixofdownjointspoints,andtisposition3×1vectorofplatform.

并联机器人逆运动学的不同长度的串联机器人，腿平台可以解决，封闭形式的解决方案，它可以描述L=（R*A-B）+t

（2）

L是一个3×6长度矩阵腿平台，R是一个3×3旋转矩阵坐标的全球坐标，A是一个3×6矩阵的关节点上，B是一个3×6矩阵的下关节点位置，t是3×1载体平台。

B.DynamicsModel

ThedynamicsequationsoftheparallelmanipulatorarederivedusingKanemethod,accordingtothetheory,theactiveforcesareequaltoinertialforces,thedynamicsstate-spaceequationcanbewrittenby

τ++G（Θ）=M（Θ）Θ++V（Θ,Θ）Θ（3）

B动力学模型

并联机器人的动力学方程导出凯恩方法，根据理论，主动力等于惯性力，动态状态空间方程可以写的

τ++G（Θ）=M（Θ）Θ++V（Θ,Θ）Θ（3）

whereM（Θ）isthe6×6massmatrix,V（Θ,Θ）isan6×1vectorofcentrifugalandCoriolisterms,G（Θ）isan6×1

vectorofgravityterms,τisa6×1vectorofgeneralizedappliedforces.

在M（Θ）是6×6质量矩阵，V（Θ，Θ）是一个6×1向量的离心和科里奥利术语，G（Θ）是一个6×1重力矢量，τ是6×1向量的广义力。

Theappliedforcesτistransformedfrommechanismactuatorforces,whichisgivenbyτ=JlT*Fa（4）

应用部队τ转化机制的执行力，这是由

τ=JlT*Fa（4）

whereJl⋃isaJacobian6×6matrixoftransformationbetweengeneralizedvelocityΘofplatformandprotractionvelocitylofhydrauliccylinders,andFaisa6×1vectorrepresentingcylinderforces.

J1是雅可比矩阵6×6之间转换的广义速度Θ平台和牵引速度的液压缸，Fa是一个6×1向量表示气缸的力量。

Thegravityterm,G（Θ）,containsgravitationalconstant

gandgeneralizedcoordinateΘ,itdependsonlyonΘ,whichcanbedescribedasG（Θ）=Gp+∑[（Juc,ai*Jai）Tmu.g++（Jdc,ai.Jai）T.md.g）]（5）

重力，G（Θ），包含引力常数

G和广义坐标Θ，只取决于它Θ，可以描述为

G（Θ）=Gp+∑[（Juc,ai*Jai）Tmu.g++（Jdc,ai.Jai）T.md.g）]（5）

whereGpisupperplatformgravityitem,Gp=mp*（g,0）T,mpisthetotalmassofupperplatformandload,andthe3×1gravitationalconstantvectorg=（0,0,g）T,muisthemassofpiston,mdisthemassofhydrauliccylinder,Juc,aiisaJacobian3×3matrixofvelocitytransformationbetweenupperjointsandthepistoncenterofmass,Jdc,aiisaJacobian3×3matrixofvelocitytransformationbetweengeneralizedvelocityΘandthehydrauliccylindercenterofmass,andJai,isisaJacobian3×6matrixofvelocitytransformationbetweengeneralizedvelocityandupper

joints

Gp是上平台重力项，Gp=mp*（g,0）T,Mp是英国总质量上平台和负载，以及3×1重力常数rg=（0,0,g）T，Mu是质量是活塞，Md是液压缸的质量，Juc，ai是一个3×雅可比矩阵之间的转换3速度上和活塞质量中心，Jdc，ai是一个3×3的雅可比矩阵之间的速度变换广义速度Θ和液压缸的质心，Jai，is是是一个3×雅可比矩阵之间的6速度变换广义速度和上接头

CONTROLDESIGN

控制设计

In6-DOFhydraulicdrivenparallelmanipulator,PIDcontrollerisappliedtoachievetrackingcontrolofplatform

extensively,whichiscalledJointSpace（JS）controlscheme.

在六自由度液压驱动并联机器人，PID控制可实现跟踪控制平台广泛，这是所谓的联合空间（JS）控制方案。

TheJSusesmechanisminversekinematicsforcomputingdesiredcylinderlengthtrajectoriesfromdesiredCartesiantrajectories,seeFig.2.

JS利用机构逆运动学计算所需的气缸长度轨迹所需的笛卡尔轨迹，见图2。

Figure2.Jointspacecontrolschemefor6-DOFhydraulicParallelmanipulatorplatform

图2。

关节空间控制方案的六自由度液压并联机器人平台

Themodel-basedcontrollerconsideredthedynamiccharacteristicofparallelmanipulatorembeddedtheforwardkinematics,dynamicgravityitemandinverseoftransferofservovalvecontrolhydrauliccylindersandinverseoftransposeofJacobianmatrix（JlT）−1ininnercontrolloop,seeFig.3

基于模型的控制器是动态特性的并联

机器人的运动学嵌入