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基于同时设计思想的柔性机器人手臂的全局优化设计研究
其他题名Research on the global optimization of a flexible robot manipulator based on concurrent design
崔玲丽
学位类型工学博士
导师王飞跃
2004-05-01
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业控制理论与控制工程
关键词同时设计思想 机电一体化设计 柔性机器人手臂 H2-h∞的鲁棒控制 传感器输出反馈控制 Concurrent Design Idea Mechatronic Design Flexible Robot Manipulator H2-h∞ Robust Control Sensor Output Feedback Control
摘要基于同时设计思想的机电一体化设计突破了传统设计方法的框架,开辟了一种新的设计思想,它对传统的柔性机器人手臂课题提出了许多新的问题与解 决问题的新思路。研究基于同时设计思想的柔性机器人手臂的机电一体化设计,在机电一体化领域和柔性机器人领域均具有重要的理论意义和工程指导意义。 本文主要进行了以下几方面的研究: 1.柔性机器人手臂本体模型研究。在以往研究的基础上,应用假设模态法 和有限差分法两种方法进行建模,分析比较了两种建模方法的异同。比较分析 结果表明有限差分法更加灵活,不仅适用于均匀等截面手臂建模,更适合于手 臂变截面的情况,即适合结构优化、同时设计的建模。针对等截面手臂,通过 仿真示例比较两种建模方法所得出的模型,证明了有限差分法建模的有效性。 2.基于同时设计思想的柔性机器人手臂系统模型的研究。基于有限差分法 所得出的手臂模型,结合驱动器模型以及控制算法与传感模型得出柔性机器人 手臂系统的整体模型。并进一步通过数值仿真表明,系统整体模型的正确性。 3.基于智能优化理论的系统同时设计研究。在基于以上研究的基础上,提 出了基于智能优化的柔性机器人手臂系统同时设计理论框架。并针对本文所要 应用的智能优化算法一遗传算法进行了改进,为实现系统的同时设计奠定优化 理论基础。 4.结合具体的控制算法进行了系统的同时设计研究。分别结合H2-H∞的鲁棒 控制以及传感器输出反馈控制进行了系统同时设计研究。通过数值仿真,分析 比较了手臂结构,反馈控制方式以及性能指标对系统整体性能的影响。并得出 了不同反馈方式下所优化出的手臂结构特点以及基于同时设计的机电一体化设 计必将使系统取得更好性能的结论。
其他摘要Mechatronic research based on concurrent design idea opens up a new design way which goes beyond the traditional design method area. With the new method, the traditional flexible robot manipulators' projects face lots of new problems and lots of new ideas to solve them.Mechatronic design of flexible robot manipulators based on concurrent design idea is an important direction both in mechatronic domain and flexible robot domain. This dissertation following researches: 1) Research on the modeling of flexible robot manipultator. Assumed-mode approach and finite difference approach are used and analysed in detail. Comparison analysis shows the flexibility of the finite difference approach which is not only fit for uniform-cross flexible manipulator but also fit for variable structure manipulator. The new approach is suitable for the concurrent design idea. Numerical simulation results prove the validity of the finite difference approach. 2) Research on the flexible robot manipulator system model. The manipulator state space equation is integrated with motor dynamics and several control algorithms to obtain overall state space formula for the system. Further numerical simulation results prove the property of the integrated system model. 3) System concurrent design based on intelligent optimization theory. On the base of research above, the concurrent design theory frame of flexible robot manipulator with intelligent optimization is proposed. Then the paper puts forward the modified Genetic algorithm to prepare further concurrent design research. 4) Realization of the system concurrent design with the explicit control algorithms. H2-H∞ robust control and sensors output feedback control are investigated. The effects to system perforemace of manipultator structure, feedback methods and cost functions are analysed. Simulation results show that compared to traditional optimal design, the mechatronic mechanism achieved a better solution by regarding the plant and the controller concurrently. The characteristic of maniputor structure under different feedback methods is obtained.
馆藏号XWLW824
其他标识符824
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/5810
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
崔玲丽. 基于同时设计思想的柔性机器人手臂的全局优化设计研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院研究生院,2004.
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