三關節(jié)欠驅動體操機器人系統(tǒng)的控制研究.pdf

1、　　含有非驅動關節(jié)的機器人是近年來開始出現的一個較新的研究領域，由于欠驅動機器人系統(tǒng)能簡化控制、減輕重量、降低能耗及制作成本低等優(yōu)點，引起不少國內外研究者的關注。體操機器人是一類具有二階非完整約束的欠驅動機械系統(tǒng)(驅動單元少于系統(tǒng)的自由度)。　　體操機器人是欠驅動多輸入多輸出復雜系統(tǒng)的典型例子。體操機器人的擺起倒立動作運動范圍大，運動具有高度的復雜性和非線性，可以檢驗控制理論和控制方法在非線性、欠驅動、多變量復雜系統(tǒng)控制上的有效性。

2、　　目前，對欠驅動體操機器人的研究集中在兩關節(jié)的體操機器人上，而兩個關節(jié)的體操機器人并不能很好地模仿和借鑒人在體操運動中的控制技巧。本論文在兩關節(jié)模型及分析人的關節(jié)運動特性的基礎上設計了關節(jié)力矩和旋轉角度受限的三關節(jié)體操機器人，兩個驅動關節(jié)和一個非驅動關節(jié)的單杠體操機器人。體操機器人具有兩個平衡點，其中垂直向下的平衡點為穩(wěn)定平衡點，垂直向上的平衡點為不穩(wěn)定平衡點。體操機器人的控制目標是把它從垂直向下的穩(wěn)定平衡點搖起到垂直向上的不穩(wěn)定平衡

3、點，并平衡在這個不穩(wěn)定平衡點上。　　本論文在體操機器人的機械傳動中，沒有采用體操機器人傳統(tǒng)的同步帶傳動，而是采用傳動效率較高、傳動比準確、壽命較長、工作可靠性較高的兩軸線相交的圓錐齒輪傳動。同時體操機器人本體不同于傳統(tǒng)體操機器人僅僅是兩個連桿，而是在驅動和外觀上都做到了類人形?！　”疚牧⒆阌诓捎美窭嗜樟W的方法建立三關節(jié)欠驅動體操機器人的數學模型。在搖起控制中，采用基于正弦和斜坡函數的控制策略向體操機器人輸入能量，從而保證體操機器

4、人平滑地達到平衡區(qū)。當體操機器人達到平衡區(qū)后，設計LQR控制器，使體操機器人穩(wěn)定在不穩(wěn)定的平衡點。采用由ADSP2181數字信號處理器和FPGA組成，可以實現高性能控制運算的GT-400-SV-PCI可編程運動控制器通過硬件設置和DOS環(huán)境下軟件編程，構成滿足自身應用需要的控制系統(tǒng)，完成體操機器人的擺起倒立過程控制?！　⊙芯矿w操機器人的控制，目的在于探討非完整欠驅動機械系統(tǒng)的控制方法。研究體操機器人這樣一類非完整欠驅動機器人的控制策略