非完整多關(guān)節(jié)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、非完整系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是輸入空間的維數(shù)小于其位形空間維數(shù)，非完整約束在提高系統(tǒng)的靈活性、減少驅(qū)動(dòng)裝置的同時(shí)，也給其運(yùn)動(dòng)規(guī)劃帶來(lái)了困難。這是由于非完整系統(tǒng)中存在的運(yùn)動(dòng)耦合使其體現(xiàn)出一些復(fù)雜的特性，如不能實(shí)現(xiàn)輸入-狀態(tài)線性化，不能采用光滑非線性反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)穩(wěn)定等。因此如何尋找一個(gè)有界的控制輸入，使得非完整系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)從給定初始位形運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位形的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題成為了非完整領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問(wèn)題。本論文主要以一類一階非完整多關(guān)節(jié)機(jī)械手為研究對(duì)象

2、，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究。
　　基于非完整機(jī)械手的可控性及鏈?zhǔn)阶儞Q原理，結(jié)合其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型特點(diǎn)提出一種運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。在非完整機(jī)械手對(duì)應(yīng)的鏈?zhǔn)娇臻g中將自由變量與控制輸入系數(shù)作為待求量，根據(jù)邊界條件約束將非完整運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為非線性方程組的求根問(wèn)題后，利用牛頓迭代法求解方程組得到鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的控制輸入和各狀態(tài)變量的運(yùn)動(dòng)軌跡，再通過(guò)鏈?zhǔn)侥孀儞Q獲得非完整機(jī)械手三個(gè)關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)軌跡，MATLAB中的數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法

3、是可行的。
　　研究非完整機(jī)械手的鏈?zhǔn)侥孀儞Q奇異性問(wèn)題，提出令鏈?zhǔn)娇臻g中一條軌跡向關(guān)節(jié)空間映射有解的不等式約束條件，利用增加附加約束的方法來(lái)規(guī)避非完整機(jī)械手的鏈?zhǔn)侥孀儞Q奇異。采用懲罰函數(shù)的思想將不等式約束轉(zhuǎn)化成為等式約束并將其與系統(tǒng)的邊界條件約束結(jié)合，使得在鏈?zhǔn)娇臻g中規(guī)劃的軌跡可以映射成為關(guān)節(jié)空間中一條可行的軌跡。
　　在運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)提出的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法加以驗(yàn)證，用兩個(gè)伺服電機(jī)作為非完整機(jī)械手的控制輸入，并利用 UMA

4、C（可編程多軸運(yùn)動(dòng)控制器）實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。兩個(gè)輸入通過(guò)摩擦圓盤運(yùn)動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)非完整機(jī)械手的三個(gè)關(guān)節(jié)角運(yùn)動(dòng)，利用角位移傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移。將實(shí)驗(yàn)得到的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡與理論計(jì)算的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析比較，證明提出的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非完整多關(guān)節(jié)機(jī)械手的有效控制。
　　綜上所述，本文從非完整機(jī)械手系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)成原理及鏈?zhǔn)阶儞Q特性出發(fā)，研究規(guī)避其鏈?zhǔn)侥孀儞Q奇異的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。本課題的研究為復(fù)雜非完整系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及非