基于FPA的氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、氣動(dòng)關(guān)節(jié)作為氣動(dòng)多指靈巧手的重要組成部件，起著精確引導(dǎo)靈巧手運(yùn)動(dòng)的作用，可見靈巧手的應(yīng)用范圍直接受到其關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)性能的影響。國(guó)內(nèi)對(duì)氣動(dòng)關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的研究還有所欠缺，沒有成熟的工業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)，目前研制的氣動(dòng)多指靈巧手關(guān)節(jié)和控制器很大一部分是靠國(guó)外進(jìn)口的，往往價(jià)格比較高，不適合靈巧手的推廣應(yīng)用，所以研制氣動(dòng)多指靈巧手關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)就顯得十分必要。
　　 本課題使用實(shí)驗(yàn)室自行研制的氣動(dòng)多指靈巧手中應(yīng)用的氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)為控制對(duì)象，鑒于現(xiàn)

2、有基于控制板卡的關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大、價(jià)格昂貴、兼容差等不足之處，本文著重研究了適用于氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用基于微處理器的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制器，以高性能數(shù)字信號(hào)處理器dsPIC30F5013為核心，并用CAN總線方式通訊，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證控制精度的同時(shí)使系統(tǒng)具備較好的實(shí)時(shí)性和兼容性。本文的主要工作和成果如下：
　　 (1)介紹了系統(tǒng)控制對(duì)象基于氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器FPA的氣動(dòng)剛?cè)嵝詮澢P(guān)節(jié)的模型結(jié)構(gòu)原理以及氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)

3、節(jié)在靈巧手中的應(yīng)用，并且根據(jù)FPA關(guān)節(jié)存在滯緩和氣動(dòng)系統(tǒng)非線性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了模糊自整定PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)剛?cè)嵝詮澢P(guān)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制。
　　 (2)根據(jù)基于FPA的氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)控制系統(tǒng)整體方案，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的硬件電路以及相應(yīng)的PCB板，構(gòu)建了系統(tǒng)應(yīng)用程序的總體框架，并采用模塊化程序設(shè)計(jì)方式，分別開發(fā)了上位機(jī)監(jiān)控界面軟件和下位機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件，編寫了控制系統(tǒng)軟件源代碼。
　　 (3)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)

4、對(duì)氣動(dòng)剛?cè)嵝詮澢P(guān)節(jié)進(jìn)行了位置靜態(tài)控制、動(dòng)態(tài)控制、輸出力矩實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證控制算法和關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的控制性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用本文研究的控制系統(tǒng)，關(guān)節(jié)位置靜態(tài)控制時(shí)彎曲關(guān)節(jié)控制精度偏差在±0.16°之間，進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤控制時(shí)最大穩(wěn)態(tài)誤差為0.24°，不同控制狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)時(shí)間在0.8s內(nèi)，并且通過(guò)系統(tǒng)對(duì)電氣比例閥的氣壓控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)節(jié)輸出力/力矩控制，驗(yàn)證了模糊PID控制算法能有效應(yīng)用于本系統(tǒng)。
　　 本文研究的基于FPA的氣動(dòng)剛?cè)嵝躁P(guān)節(jié)