仿猿雙臂手機器人抓桿連續(xù)移動控制研究.pdf

1、靈長類仿生機器人將仿生原理應(yīng)用于機器人研究，是模仿靈長類生物運動的一類機器人，其研究目的是通過智能機械與控制等手段來實現(xiàn)運動仿生。Brachiation（蕩樹枝運動）機器人抓握桁架桿的運動模擬長臂猿的擺蕩抓握樹枝運動，以實現(xiàn)在非連續(xù)介質(zhì)下的移動。本文針對 Brachiation機器人不能可靠地抓握桁架桿問題，研究仿猿雙臂手機器人可靠抓握桁架桿的控制策略與控制方法。
　　從仿生運動原理出發(fā)，對人與長臂猿的擺蕩進行認識和分析。同時簡介

2、仿猿雙臂手機器人，并改進設(shè)計了摩擦輪機構(gòu)與手爪的安裝方式。根據(jù)長臂猿擺蕩運動的特點，將仿猿雙臂手機器人抓桿連續(xù)移動的運動過程劃分為勵振階段、抓握階段和連續(xù)移動階段。在運動學和動力學建立與分析的基礎(chǔ)上，研究仿猿雙臂手機器人抓桿連續(xù)移動的控制策略。
　　本文提出了基于能量泵入法與大阻尼非完整約束下退轉(zhuǎn)反饋相結(jié)合的控制策略。由于欠驅(qū)動系統(tǒng)不能實現(xiàn)完全反饋線性化，因而采用部分反饋線性化原理推導勵振階段的控制律。為了實現(xiàn)仿猿雙臂手機器人能自

3、啟動能量泵入法以及更可靠抓握目標桿，將勵振階段細分為勵振自啟動階段、能量泵升階段和過渡階段。設(shè)計勵振自啟動控制器來啟動能量泵入法，并基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論來推導能量泵升控制律，分析系統(tǒng)的收斂性和奇異性；同時在能量泵升階段對特定構(gòu)形下的機器人進行能量預(yù)判，保證機器人能保持過渡構(gòu)形進入可抓握區(qū)。抓握階段，采用位置加姿態(tài)的控制方法，實現(xiàn)末端手爪以期望位姿和速度抓握目標桿。連續(xù)移動階段，利用三個主動關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運動來調(diào)整機器人的姿態(tài)；在大阻尼狀態(tài)

4、下，規(guī)劃手爪釋放的運動軌跡，實現(xiàn)末端手爪的打開和下放動作。為使機器人平滑過渡至能量泵升階段，將機器人構(gòu)形調(diào)整為直線構(gòu)形，并依據(jù)部分反饋線性化原理推導構(gòu)形調(diào)整的控制律。
　　最后建立MATLAB-ADAMS的聯(lián)合仿真控制系統(tǒng)，分別進行仿猿雙臂手機器人抓握目標桿和連續(xù)移動階段的運動控制仿真。仿真結(jié)果表明所提出控制策略具有一定的普適性且具有可靠抓握目標桿的優(yōu)勢，為 Brachiation機器人在非連續(xù)介質(zhì)下的擺蕩抓握桁架桿運動研究提供新