三連桿單杠體操機(jī)器人系統(tǒng)研究.pdf

1、單杠上的體操機(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，是一種具有非驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人。它的擺起倒立動(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。欠驅(qū)動(dòng)單杠體操機(jī)器人有一個(gè)以上關(guān)節(jié)沒有驅(qū)動(dòng)裝置，這些關(guān)節(jié)也稱作被動(dòng)關(guān)節(jié)或自由關(guān)節(jié)。欠驅(qū)動(dòng)多輸入多輸出系統(tǒng)特點(diǎn)是輸入空間(即控制空間)維數(shù)小于構(gòu)造空間維數(shù)，這就增大了在控制上的難度。 本課題研究的是三連桿單杠體操機(jī)器人，該機(jī)器人的一個(gè)關(guān)節(jié)是欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。本文根據(jù)三連桿單杠體操機(jī)器人的特點(diǎn)，

2、以人體多剛體模型動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，建立了它的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)描述和模型。本文根據(jù)單杠體操運(yùn)動(dòng)員的上杠動(dòng)作設(shè)計(jì)了一套擺起倒立動(dòng)作，將動(dòng)作劃分為六個(gè)階段。根據(jù)每一個(gè)階段的控制目標(biāo)，以反饋線性化控制理論為基礎(chǔ)，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了控制器并進(jìn)行了仿真研究。通過仿真證明了使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略行之有效。 本文第一章介紹了單杠體操機(jī)器人的研究意義和研究現(xiàn)狀，并分析了本課題的特點(diǎn)和難點(diǎn)。第二章介紹了系統(tǒng)物理模型及機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)，并對機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)

3、特性分析。第三章對機(jī)器人的目標(biāo)動(dòng)作劃分為6個(gè)階段。第一章至第三章是控制器分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 第四章首先介紹了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和反饋線性化控制理論，然后進(jìn)行了擺動(dòng)控制器分析與設(shè)計(jì)，建立了系統(tǒng)仿真模型，給出了擺動(dòng)控制器仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方法的有效性。 第五章對平衡控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)及研究，給出了平衡點(diǎn)附近的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方法的有效性。 本文最后對系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)，指出了所研究問題的不足之處，并進(jìn)行了展