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(jī)器人領(lǐng)域近幾年的熱點(diǎn)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(dāng)操作功能的假手。該研究具有非常大的理論研究?jī)r(jià)值和很大的潛在市場(chǎng)價(jià)值，對(duì)于提高殘疾人的生活能力和促進(jìn)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步具有重要的意義。本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)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(duì)控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、手指位置控制和抓取力控制問題進(jìn)行了深入

2、研究。
　　HIT/DLR假手有5個(gè)手指，每個(gè)手指有3個(gè)關(guān)節(jié)，基于欠驅(qū)動(dòng)原理利用3個(gè)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)，具有體積與成人人手相仿，重量輕，集成度高的特點(diǎn)。本文采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想，將機(jī)械本體與傳感、驅(qū)動(dòng)、電氣和控制系統(tǒng)等統(tǒng)一考慮、合理布局，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)?；贒SP研制了具有高集成度的HIT/DLR假手控制系統(tǒng)。
　　針對(duì)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，需要外加機(jī)械自鎖占用空間大的問題，提出采用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的方案，

3、利用步進(jìn)電機(jī)本身具有位置自鎖的特點(diǎn)并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略來解決這一問題，不需要外加機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)，減小了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)體積。
　　本文采用自抗擾控制技術(shù)設(shè)計(jì)了具有強(qiáng)魯棒性和適應(yīng)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(hào)的問題，提取的位置微分信號(hào)噪聲小，可以作為手指關(guān)節(jié)的速度反饋，改善了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。利用自抗擾控制器設(shè)計(jì)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(jiǎn)化控制算法，設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的一種形

4、式簡(jiǎn)單的位置控制器。
　　本文提出了一種系統(tǒng)化的方法來實(shí)現(xiàn)使用者對(duì)假手抓取力的控制，避免了疲勞對(duì)識(shí)別算法正確率的影響。該方法有兩個(gè)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(yīng)方法實(shí)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(hào)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