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《安徽工程大学》 2010年
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水下作业机械手抓取力伺服控制的研究

汪步云  
【摘要】: 论文研究了基于力感知能力电液伺服系统的水下作业机械手抓取力动态反馈控制。针对国内外水下作业机械手缺乏环境感知能力,尤其是力感知能力,无法进行抓取力伺服控制;在深入分析抓取作业与伺服力给定优化的基础上,本文在863课题“用于水下的智能化机器人手爪”研制的作业手本体基础上,根据其结构特点和系统特性,在简化工程模型又反映其科学本质的前提下,对机械手进行运动学分析、建立液压驱动力数学模型,并运用Matlab计算和验证了相关设计和分析;运用PID与滑模控制理论,针对机械手具体设计了力伺服控制策略;实验表明,控制精度在允许的控制范围内,误差比较合理,使机械手抓取作业更加有效和精准,能够胜任精细作业。本文为水下作业机械手抓取力伺服控制扫清主要技术障碍。 论文总共分为六章: 第一章阐明了论文的研究意义和研究目标,以及国内外对作业手的研究现状,分析了目前研究的不足之处,介绍了本文的论文组织框架和研究内容。 第二章论述了水下作业机械手系统构建。在分析水下作业环境和作业任务的需求,综合考虑陆地上、太空中作业手的机械构成形式与驱动原理及前人的研究工作,充分理解863计划书提出的设计目标的基础上,提出机械设计方案、驱动方式选取与工程实现、控制系统搭建,并成功研制出系统样机,为力伺服控制搭建实验与理论研究平台。 第三章对机械手进行运动学分析。这是从理论研究的角度出发,建立作业手的数学模型,采用D-H法,建立作业手整体的运动学方程并求解。对已建立的结构进行分析,计算出作业手的工作空间以及雅克比矩阵;并运用Matlab仿真,确定其抓取作业范围。 第四章分析了作业手抓取姿态与伺服力给定优化。在研究已有抓取模式的基础上,分析一种基于机械结构的作业手最优化抓取模式,并深入研究了力封闭抓取方法,阐述了计算机辅助判别力封闭抓取的原理和步骤,并给出以抓取单位球的计算实例。 第五章结合工程实际和理论意义探讨,针对作业手驱动系统,推导出水下作业手力伺服控制数学模型,针对作业手抓取力设计了PID与滑模伺服控制策略,并详细探讨抓取力PID和滑模变结构控制。为水下作业手力伺服控制提供技术支撑和理论导向。 第六章在论文总结的基础上对论文的研究发展前景进行展望和分析。
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