開(kāi)放式超冗余仿生象鼻機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、本文在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，研究一種超冗余仿生象鼻機(jī)器人的位置分析、運(yùn)動(dòng)控制算法和開(kāi)放式控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等問(wèn)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(dòng)自由度數(shù)目遠(yuǎn)大于末端自由度數(shù)目的超冗余仿生象鼻機(jī)器人結(jié)構(gòu)，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型?；谖⒎謳缀蔚乃枷耄捎脜?shù)化生成的空間曲線來(lái)表征機(jī)器人的中心脊線。通過(guò)擬合算法得到各單元模塊的位姿，將超冗余仿生象鼻機(jī)器人的位置逆解問(wèn)題轉(zhuǎn)化為少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆解問(wèn)題。
　　針對(duì)

2、超冗余仿生象鼻機(jī)器人單元模塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jìn)而保障超冗余仿生機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制性能。通過(guò)連桿雅可比矩陣和虛功原理建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛體動(dòng)力學(xué)模型，利用其質(zhì)量矩陣的對(duì)稱正定性得到解耦變換矩陣，將并聯(lián)機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)各驅(qū)動(dòng)分支的獨(dú)立閉環(huán)控制。通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型的重力項(xiàng)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)前饋控制子系統(tǒng)，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重力和負(fù)載進(jìn)行

3、補(bǔ)償，進(jìn)一步提高控制模型的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該動(dòng)力學(xué)前饋解耦控制算法可以有效地提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)對(duì)軌跡的跟蹤性能，達(dá)到理想的控制精度。該控制策略具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，易于工程實(shí)現(xiàn)。
　　結(jié)合開(kāi)放式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和超冗余仿生象鼻機(jī)器人的功能要求，以“IPC+多運(yùn)動(dòng)控制器”為控制系統(tǒng)的核心硬件平臺(tái)，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(yùn)行，通過(guò)實(shí)時(shí)性管理和分配，完成對(duì)系統(tǒng)不同任務(wù)間的調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，采用