三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)體操機(jī)器人系統(tǒng)的控制研究.pdf

1、　　含有非驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人是近年來開始出現(xiàn)的一個(gè)較新的研究領(lǐng)域，由于欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)能簡化控制、減輕重量、降低能耗及制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，引起不少國內(nèi)外研究者的關(guān)注。體操機(jī)器人是一類具有二階非完整約束的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)單元少于系統(tǒng)的自由度)。　　體操機(jī)器人是欠驅(qū)動(dòng)多輸入多輸出復(fù)雜系統(tǒng)的典型例子。體操機(jī)器人的擺起倒立動(dòng)作運(yùn)動(dòng)范圍大，運(yùn)動(dòng)具有高度的復(fù)雜性和非線性，可以檢驗(yàn)控制理論和控制方法在非線性、欠驅(qū)動(dòng)、多變量復(fù)雜系統(tǒng)控制上的有效性。

2、　　目前，對(duì)欠驅(qū)動(dòng)體操機(jī)器人的研究集中在兩關(guān)節(jié)的體操機(jī)器人上，而兩個(gè)關(guān)節(jié)的體操機(jī)器人并不能很好地模仿和借鑒人在體操運(yùn)動(dòng)中的控制技巧。本論文在兩關(guān)節(jié)模型及分析人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)力矩和旋轉(zhuǎn)角度受限的三關(guān)節(jié)體操機(jī)器人，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)非驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的單杠體操機(jī)器人。體操機(jī)器人具有兩個(gè)平衡點(diǎn)，其中垂直向下的平衡點(diǎn)為穩(wěn)定平衡點(diǎn)，垂直向上的平衡點(diǎn)為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。體操機(jī)器人的控制目標(biāo)是把它從垂直向下的穩(wěn)定平衡點(diǎn)搖起到垂直向上的不穩(wěn)定平衡

3、點(diǎn)，并平衡在這個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)上?！　”菊撐脑隗w操機(jī)器人的機(jī)械傳動(dòng)中，沒有采用體操機(jī)器人傳統(tǒng)的同步帶傳動(dòng)，而是采用傳動(dòng)效率較高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、壽命較長、工作可靠性較高的兩軸線相交的圓錐齒輪傳動(dòng)。同時(shí)體操機(jī)器人本體不同于傳統(tǒng)體操機(jī)器人僅僅是兩個(gè)連桿，而是在驅(qū)動(dòng)和外觀上都做到了類人形?！　”疚牧⒆阌诓捎美窭嗜樟W(xué)的方法建立三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)體操機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型。在搖起控制中，采用基于正弦和斜坡函數(shù)的控制策略向體操機(jī)器人輸入能量，從而保證體操機(jī)器

4、人平滑地達(dá)到平衡區(qū)。當(dāng)體操機(jī)器人達(dá)到平衡區(qū)后，設(shè)計(jì)LQR控制器，使體操機(jī)器人穩(wěn)定在不穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。采用由ADSP2181數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA組成，可以實(shí)現(xiàn)高性能控制運(yùn)算的GT-400-SV-PCI可編程運(yùn)動(dòng)控制器通過硬件設(shè)置和DOS環(huán)境下軟件編程，構(gòu)成滿足自身應(yīng)用需要的控制系統(tǒng)，完成體操機(jī)器人的擺起倒立過程控制。　　研究體操機(jī)器人的控制，目的在于探討非完整欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制方法。研究體操機(jī)器人這樣一類非完整欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的控制策略