仿猿雙臂手機(jī)器人抓桿連續(xù)移動(dòng)控制研究.pdf

1、靈長類仿生機(jī)器人將仿生原理應(yīng)用于機(jī)器人研究，是模仿靈長類生物運(yùn)動(dòng)的一類機(jī)器人，其研究目的是通過智能機(jī)械與控制等手段來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿生。Brachiation（蕩樹枝運(yùn)動(dòng)）機(jī)器人抓握桁架桿的運(yùn)動(dòng)模擬長臂猿的擺蕩抓握樹枝運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)在非連續(xù)介質(zhì)下的移動(dòng)。本文針對(duì) Brachiation機(jī)器人不能可靠地抓握桁架桿問題，研究仿猿雙臂手機(jī)器人可靠抓握桁架桿的控制策略與控制方法。
　　從仿生運(yùn)動(dòng)原理出發(fā)，對(duì)人與長臂猿的擺蕩進(jìn)行認(rèn)識(shí)和分析。同時(shí)簡介

2、仿猿雙臂手機(jī)器人，并改進(jìn)設(shè)計(jì)了摩擦輪機(jī)構(gòu)與手爪的安裝方式。根據(jù)長臂猿擺蕩運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，將仿猿雙臂手機(jī)器人抓桿連續(xù)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程劃分為勵(lì)振階段、抓握階段和連續(xù)移動(dòng)階段。在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建立與分析的基礎(chǔ)上，研究仿猿雙臂手機(jī)器人抓桿連續(xù)移動(dòng)的控制策略。
　　本文提出了基于能量泵入法與大阻尼非完整約束下退轉(zhuǎn)反饋相結(jié)合的控制策略。由于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)完全反饋線性化，因而采用部分反饋線性化原理推導(dǎo)勵(lì)振階段的控制律。為了實(shí)現(xiàn)仿猿雙臂手機(jī)器人能自

3、啟動(dòng)能量泵入法以及更可靠抓握目標(biāo)桿，將勵(lì)振階段細(xì)分為勵(lì)振自啟動(dòng)階段、能量泵升階段和過渡階段。設(shè)計(jì)勵(lì)振自啟動(dòng)控制器來啟動(dòng)能量泵入法，并基于李雅普諾夫穩(wěn)定性理論來推導(dǎo)能量泵升控制律，分析系統(tǒng)的收斂性和奇異性；同時(shí)在能量泵升階段對(duì)特定構(gòu)形下的機(jī)器人進(jìn)行能量預(yù)判，保證機(jī)器人能保持過渡構(gòu)形進(jìn)入可抓握區(qū)。抓握階段，采用位置加姿態(tài)的控制方法，實(shí)現(xiàn)末端手爪以期望位姿和速度抓握目標(biāo)桿。連續(xù)移動(dòng)階段，利用三個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來調(diào)整機(jī)器人的姿態(tài)；在大阻尼狀態(tài)

4、下，規(guī)劃手爪釋放的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)末端手爪的打開和下放動(dòng)作。為使機(jī)器人平滑過渡至能量泵升階段，將機(jī)器人構(gòu)形調(diào)整為直線構(gòu)形，并依據(jù)部分反饋線性化原理推導(dǎo)構(gòu)形調(diào)整的控制律。
　　最后建立MATLAB-ADAMS的聯(lián)合仿真控制系統(tǒng)，分別進(jìn)行仿猿雙臂手機(jī)器人抓握目標(biāo)桿和連續(xù)移動(dòng)階段的運(yùn)動(dòng)控制仿真。仿真結(jié)果表明所提出控制策略具有一定的普適性且具有可靠抓握目標(biāo)桿的優(yōu)勢(shì)，為 Brachiation機(jī)器人在非連續(xù)介質(zhì)下的擺蕩抓握桁架桿運(yùn)動(dòng)研究提供新