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欠驱动机器人的模糊控制与应用实例开发

叶壮  
【摘要】: 欠驱动机器人是一种独立控制输入少于自由度的机器人。通过减少系统驱动,可以在不影响主要功能的情况下,大幅的简化机器人结构,降低成本。由于欠驱动机器人的研究起步时间较晚,还未能形成完整的理论体系,在机构设计领域,现有的研究成果也多是根据需求情况做特殊设计,没有一个统一的可参考的设计准则或描述方法。在控制系统领域,由于欠驱动机构的非线性特点使对其分析和求解的过程变得较为复杂。本文的研究内容分为理论和实际设计两个部分。理论部分从欠驱动结构特点和控制方法两个方面进行讨论。在设计部分中则提出了一种利用并联气压回路驱动的欠驱动机械手。主要研究工作如下: 首先,对现有的几种常见的欠驱动机器人的原理进行了分析,主要研究了欠驱动机器人的运动规律和特点。提出了欠驱动的过程是驱动力和运动副重新分配的过程这一观点。并在此基础上对欠驱动机器人的概念提出了修正意见。 其次,针对具有完全自由被动关节的欠驱动机器人建模复杂的特点,提出了利用模糊控制的方法对欠驱动机器人进行控制。并以2R机器人被动关节的速度控制为例,设计了一个模糊控制器。Matlab仿真结果表明模糊控制器切实可行,但因为缺乏经验数据,控制器的参数还需要优化。 最后,设计了一个利用气压回路驱动的欠驱动机械手。该机械手的并联气压回路作用相当于一个单输入多输出的差动机构。主要设计内容包括机械手的结构设计和回路设计,并利用Onespace软件建模。在建模的基础上对机械手的运动方式进行了讨论,并利用Matlab软件进行了运动仿真,此外对手指的受力情况进行了计算并用Maple进行了图形化的表示。通过仿真结果得到了该机械手的基本性能数据。


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