多自由度假手控制系統(tǒng)及其抓取力控制的研究.pdf

1、多自由度肌電控制假手的研究是機器人領域近幾年的熱點研究方向之一，其研究目的是為殘疾人提供仿人形，體積小、重量輕、并具有人手大部分抓取功能和適當操作功能的假手。該研究具有非常大的理論研究價值和很大的潛在市場價值，對于提高殘疾人的生活能力和促進整個社會的發(fā)展進步具有重要的意義。本文結合國家自然科學基金重點項目“新一代仿人型殘疾人假手系統(tǒng)及理論的研究”，為提高多自由度假手的控制性能，對控制、驅(qū)動系統(tǒng)設計、手指位置控制和抓取力控制問題進行了深入

2、研究。
　　HIT/DLR假手有5個手指，每個手指有3個關節(jié)，基于欠驅(qū)動原理利用3個驅(qū)動器實現(xiàn)所有關節(jié)的驅(qū)動，具有體積與成人人手相仿，重量輕，集成度高的特點。本文采用機電一體化設計思想，將機械本體與傳感、驅(qū)動、電氣和控制系統(tǒng)等統(tǒng)一考慮、合理布局，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化設計?；贒SP研制了具有高集成度的HIT/DLR假手控制系統(tǒng)。
　　針對采用直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，需要外加機械自鎖占用空間大的問題，提出采用步進電機的驅(qū)動器系統(tǒng)的方案，

3、利用步進電機本身具有位置自鎖的特點并設計相應的控制策略來解決這一問題，不需要外加機械自鎖機構，減小了驅(qū)動系統(tǒng)體積。
　　本文采用自抗擾控制技術設計了具有強魯棒性和適應性的位置控制器。其中，基于非線性跟蹤微分器解決了如何提取位置微分信號的問題，提取的位置微分信號噪聲小，可以作為手指關節(jié)的速度反饋，改善了系統(tǒng)動態(tài)性能。利用自抗擾控制器設計的位置控制器不依賴于系統(tǒng)模型，具有較高的跟蹤精度。為簡化控制算法，設計了基于擴張狀態(tài)觀測器的一種形

4、式簡單的位置控制器。
　　本文提出了一種系統(tǒng)化的方法來實現(xiàn)使用者對假手抓取力的控制，避免了疲勞對識別算法正確率的影響。該方法有兩個層次，分別屬于底層控制和高層控制。
　　在底層控制中研究了基于位置的阻抗控制策略，采用模型參考自適應方法實現(xiàn)了未知環(huán)境下抓取力的跟蹤，并采用非線性跟蹤微分器得到質(zhì)量較好的力誤差的一階微分，減小了力跟蹤的誤差。
　　基于肌電信號的控制是假手的高層次控制，反映了使用者的控制意圖。本文提出了基于狀