發(fā)布時間：2021-07-02 07:15

　　欠驅(qū)動系統(tǒng)指獨立控制輸入小于其自由度數(shù)目的系統(tǒng),對于欠驅(qū)動機械臂而言,則是指機械臂中存在沒有安裝驅(qū)動器的關(guān)節(jié)。欠驅(qū)動系統(tǒng)由于驅(qū)動器數(shù)量的減少,具有重量輕、成本低、能耗低等眾多優(yōu)點,應(yīng)用前景十分廣闊。非完整約束機構(gòu)具有欠驅(qū)動特性,很多欠驅(qū)動系統(tǒng)本質(zhì)上是非完整系統(tǒng)。非完整系統(tǒng)具有運動耦合性,系統(tǒng)呈現(xiàn)一些復(fù)雜的特性,如不能采用光滑非線性反饋來實現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定,不能實現(xiàn)輸入-狀態(tài)線性化,這些特點使得非完整系統(tǒng)的控制問題成為當(dāng)今控制領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的難題之一。本論文以一種具有非完整特性的欠驅(qū)動多關(guān)節(jié)機械臂為研究對象,對其進(jìn)行運動控制以及相關(guān)實驗研究。欠驅(qū)動多關(guān)節(jié)機械臂以一種非完整機構(gòu)為基本運動傳遞單元,結(jié)合運動學(xué)模型分析了機械臂的可控性和鏈?zhǔn)阶儞Q方法�；跈C械臂的鏈?zhǔn)侥Ｐ?提出了一種運動規(guī)劃方法。在鏈?zhǔn)较到y(tǒng)中采用時間多項式作為控制輸入,通過求解以機械臂邊界條件建立的約束方程組可以得到鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的控制輸入,進(jìn)而求得鏈?zhǔn)娇臻g中狀態(tài)變量的運動軌跡,經(jīng)過鏈?zhǔn)侥孀儞Q即可以得到機械臂關(guān)節(jié)運動軌跡。根據(jù)機械臂的結(jié)構(gòu)特征分析了機械臂的冗余特性,建立了線性評價函數(shù),通過這一函數(shù)對機械臂逆運動學(xué)解進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到規(guī)避奇異位... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Acrobot機構(gòu)

于非完整約束的欠驅(qū)動機械臂研究現(xiàn)狀輪式移動機器人、空間機器人、多指靈巧手等非完整系統(tǒng)在工程中非完整系統(tǒng)也成為學(xué)者研究的熱點之一[4-5]。很多學(xué)者基于非完整具有欠驅(qū)動特性的機械臂。動機械臂系統(tǒng)中最典型的是 Acrobot 機構(gòu)[6]和 Pendubot 機構(gòu)[7]。這是兩連桿機械臂，區(qū)別在于它們驅(qū)動關(guān)節(jié)的位置不同。Acrobot 機是第二個關(guān)節(jié)，而 Pendubot 機構(gòu)的主動關(guān)節(jié)是第一個關(guān)節(jié)。針對機械臂，學(xué)者們對欠驅(qū)動系統(tǒng)的控制問題進(jìn)行了研究。張冰等人對 Pendubot 的控制方法進(jìn)行了優(yōu)化，采用部分反饋線性化的方法設(shè)種方法大大縮短了系統(tǒng)從開始到進(jìn)入平衡狀態(tài)的時間[8]。Shubh人針對機械臂 Pendubot 提出了一種塊反演控制方法，以確保整個系點處全局漸進(jìn)穩(wěn)定[9]。Spong 對 Acrobot 機器人進(jìn)行了大量的研究饋線性化方法實現(xiàn)了Acrobot從向下的穩(wěn)定平衡點搖起運動至豎直平衡點[10-12]。

圖 1-3 摩擦球運動分解合成機構(gòu) 圖 1-4 欠驅(qū)動機械臂國內(nèi)學(xué)者譚躍剛教授受摩擦球機構(gòu)的啟發(fā)，提出了一種非完整的摩擦盤運動分結(jié)合成機構(gòu)[15]，如圖 1-5，并以這種機構(gòu)作為基礎(chǔ)單元設(shè)計了一種三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動機械臂，如圖 1-6。中村仁彥教授設(shè)計的摩擦球運動分解合成機構(gòu)中固定球體位置比較復(fù)雜，容易引入傳動誤差，摩擦盤機構(gòu)克服了這一缺點。其中摩擦輪是輸入輪，繞自身軸線 X2轉(zhuǎn)動時可以通過摩擦力驅(qū)動輸出轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，同時摩擦輪可以繞軸線 Z2轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動會改變摩擦輪和轉(zhuǎn)盤的傳動比。摩擦輪固定在機械臂的前一個關(guān)節(jié)上，而轉(zhuǎn)盤則固定在機械臂的后一個關(guān)節(jié)上。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向非連續(xù)性地面的雙足欠驅(qū)動步行穩(wěn)定控制[J]. 姚淵,姚道金,肖曉暉,王楊.  機器人. 2017(05)
[2]無根欠驅(qū)動冗余機器人動力耦合特性研究[J]. 李娜,趙鐵石,姜海勇,王家忠.  機械工程學(xué)報. 2016(09)
[3]平面4自由度欠驅(qū)動機器人的位置和姿態(tài)控制[J]. 余躍慶,梁浩,張卓.  機械工程學(xué)報. 2015(13)
[4]基于蒙特卡洛法的七自由度擬人機械臂工作空間分析[J]. 何價來,羅金良,宦朋松,鄧健.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2015(03)
[5]生物檢測機器人操作臂工作空間分析與尺度優(yōu)化[J]. 劉亞軍,徐新喜,黃田.  機械工程學(xué)報. 2015(03)
[6]基于時間縮放軌跡規(guī)劃的水平3R欠驅(qū)動機械臂的滑�？刂芠J]. 陳楊鍇,陳煒,趙新華.  天津理工大學(xué)學(xué)報. 2014(03)
[7]欠驅(qū)動式移動機器人構(gòu)型綜合[J]. 謝錚,張新華.  機械研究與應(yīng)用. 2014(01)
[8]移動機器人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制[J]. 劉鈺,陸劍鋒,何云紅,季偉.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2012(06)
[9]基于蒙特卡洛法的空間機器人工作空間計算[J]. 李保豐,孫漢旭,賈慶軒,陳鋼.  航天器工程. 2011(04)
[10]PMAC運動控制器的PVT運動模式的分析及應(yīng)用[J]. 遲文升,唐書娟.  機械制造. 2009(07)

博士論文
[1]非完整系統(tǒng)若干控制問題的研究[D]. 李勝.南京理工大學(xué) 2005
[2]基于非完整約束的欠驅(qū)動機械手及其運動控制的研究[D]. 譚躍剛.武漢理工大學(xué) 2005

碩士論文
[1]一類欠驅(qū)動四關(guān)節(jié)機械臂及其運動控制研究[D]. 冷麗姣.武漢理工大學(xué) 2017
[2]基于粒子群優(yōu)化算法的球形機器人運動規(guī)劃[D]. 張潔.西安電子科技大學(xué) 2008
[3]目標(biāo)運動模擬系統(tǒng)擴展功能開發(fā)及PMAC運動模式的分析研究[D]. 肖瑋.西安電子科技大學(xué) 2006



本文編號：3260014