開放式超冗余仿生象鼻機器人控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、本文在國家自然科學(xué)基金的資助下，研究一種超冗余仿生象鼻機器人的位置分析、運動控制算法和開放式控制系統(tǒng)開發(fā)等問題。論文取得了如下成果：
　　受生物體象鼻的啟發(fā)，提出一種驅(qū)動自由度數(shù)目遠大于末端自由度數(shù)目的超冗余仿生象鼻機器人結(jié)構(gòu)，建立其運動學(xué)模型?；谖⒎謳缀蔚乃枷?，采用參數(shù)化生成的空間曲線來表征機器人的中心脊線。通過擬合算法得到各單元模塊的位姿，將超冗余仿生象鼻機器人的位置逆解問題轉(zhuǎn)化為少自由度并聯(lián)機構(gòu)的逆解問題。
　　針對

2、超冗余仿生象鼻機器人單元模塊并聯(lián)機構(gòu)在運動控制中出現(xiàn)的耦合現(xiàn)象，提出一種基于模態(tài)解耦空間的動力學(xué)前饋解耦控制算法，以提高其控制精度和魯棒穩(wěn)定性，進而保障超冗余仿生機器人的運動控制性能。通過連桿雅可比矩陣和虛功原理建立并聯(lián)機構(gòu)的剛體動力學(xué)模型，利用其質(zhì)量矩陣的對稱正定性得到解耦變換矩陣，將并聯(lián)機構(gòu)從關(guān)節(jié)控制空間轉(zhuǎn)換到解耦的模態(tài)空間中，實現(xiàn)對各驅(qū)動分支的獨立閉環(huán)控制。通過動力學(xué)模型的重力項設(shè)計動力學(xué)前饋控制子系統(tǒng)，對并聯(lián)機構(gòu)的重力和負載進行

3、補償，進一步提高控制模型的準確性。實驗結(jié)果表明，該動力學(xué)前饋解耦控制算法可以有效地提高并聯(lián)機構(gòu)對軌跡的跟蹤性能，達到理想的控制精度。該控制策略具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，易于工程實現(xiàn)。
　　結(jié)合開放式控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和超冗余仿生象鼻機器人的功能要求，以“IPC+多運動控制器”為控制系統(tǒng)的核心硬件平臺，提出了一種分層遞階結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。為確?？刂葡到y(tǒng)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定運行，通過實時性管理和分配，完成對系統(tǒng)不同任務(wù)間的調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，采用