Matlab平面二维串联机械手臂的自适应PD控制(3)

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在这里要特别提出的是，机器人的应用绝不仅限于替代人类在工业上的劳作那么简单。有许多机器人应用的环境是不适合人类工作的。比如说，海底探测和行星探测，卫星反演和修复工作，消除爆炸装置以及在放射性环境中工作。在这些对人体有害的或者是危险的工作环境里，机器人就可以大显身手了[5]。

1.3 本文的研究目标

根据二维串联机械手臂动力学模型的特点，针对物理参数和计算力矩的界设计古典PD控制器和自适应控制器使得机械手臂的效用点能准确跟踪给定的参考轨迹，然后建立Matlab数字仿真系统，对所设计的控制系统进行调试，并对两种控制器的控制性能进行分析和比较。

2 机器人的结构

2.1 机器人的符号表示

机械臂是通过关节来连接连杆，从而组成一个运动链。接头一般为旋转的（旋转的）或线性的（移动的）。旋转关节，是由一个节点和两个可以相对旋转的连杆组成。移动关节是由两个可以相对线性运动的连杆组成。我们习惯使用（R）代表旋转关节，用（P）代表移动关节，绘制如图2.1所示[6]。

旋转（R）移动（P）

图2.1 机器人关节的符号表示

每个节点代表两个连杆之间的关节，比如节点表示连杆和之间的旋转或移动关节。如果两个连杆和是相互连接的，我们表示旋转节点的旋转轴为。对于关节变量，我们用表示一个旋转关节，用表示一个线性移动的关节。

2.2 自由度和工作区

关节的数目决定了机械手臂的自由度(DOF)。通常,机械手应具备至少六个独立的自由度：三个定位、三个方向。某些应用程序比如说它的要求是要绕过障碍，达到障碍后面的位置，那么就需要超过6个自由度。机械手控制的难度会随着链接的数量快速增加。一个机械手拥有超过6个链接称为运动学上地冗余机械手[7]。

一个机械手的工作空间是机械手端部执行器可以到达的机械臂所有可能的运动区域。工作区的大小受到机械手的结构的约束以及关节点数目的限制。例如,一个转动关节它所能转动的角度可能是有限的,无法实现一个完整的运动[8]。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

2.3 机器人的分类

机械手臂可按多个标准分类,例如它们的驱动能源、关节驱动的方式、几何形状、运动结构、预期应用领域以及他们的控制方法。这样分类的作用主要是为了在给定相应的任务时，可以方便地找出哪些机器人是更加合适的或者说排除那些不适宜的机器人。比如，液压机器人不适合食品处理或应用于洁净室,而SCARA机器人不适合在铸造厂运作。下面介绍机器人的一些分类的标准。

2.3.1 驱动能源

通常,机器人要么是用电,液压或气体提供动力。液压执行机构在响应速度和扭矩生产能力上来讲，它们是非常优秀的。因此液压机器人主要用于起重重物。然而液压机器人也有明显的缺点——他们往往泄漏液压流体。所以在使用液压机器人时往往需要配置更多的外围设备，如泵。一般来讲，液压机器人相对地需要更多的维护，并且他们的噪声很大。机器人由直流或交流伺服电机驱动现在已经变得越来越受欢迎了,因为他们价格便宜、清洁干净并且噪声低。气动机器人相对来讲是比较廉价和简易的，但它控制的精确度很低。因此,气动机器人应用和普及的范围是非常有限的[9]。