三連桿單杠體操機器人系統(tǒng)研究.pdf

1、單杠上的體操機器人是欠驅動多輸入多輸出復雜系統(tǒng)的典型例子，是一種具有非驅動關節(jié)的機器人。它的擺起倒立動作運動范圍大，運動具有高度的復雜性和非線性。欠驅動單杠體操機器人有一個以上關節(jié)沒有驅動裝置，這些關節(jié)也稱作被動關節(jié)或自由關節(jié)。欠驅動多輸入多輸出系統(tǒng)特點是輸入空間(即控制空間)維數小于構造空間維數，這就增大了在控制上的難度。 本課題研究的是三連桿單杠體操機器人，該機器人的一個關節(jié)是欠驅動關節(jié)。本文根據三連桿單杠體操機器人的特點，

2、以人體多剛體模型動力學為基礎，建立了它的準確數學描述和模型。本文根據單杠體操運動員的上杠動作設計了一套擺起倒立動作，將動作劃分為六個階段。根據每一個階段的控制目標，以反饋線性化控制理論為基礎，使用人工神經網絡設計了控制器并進行了仿真研究。通過仿真證明了使用人工神經網絡控制策略行之有效。 本文第一章介紹了單杠體操機器人的研究意義和研究現狀，并分析了本課題的特點和難點。第二章介紹了系統(tǒng)物理模型及機器人硬件結構，并對機器人進行了動力學

3、特性分析。第三章對機器人的目標動作劃分為6個階段。第一章至第三章是控制器分析和設計的基礎。 第四章首先介紹了人工神經網絡和反饋線性化控制理論，然后進行了擺動控制器分析與設計，建立了系統(tǒng)仿真模型，給出了擺動控制器仿真結果。仿真結果表明了設計方法的有效性。 第五章對平衡控制器進行了設計及研究，給出了平衡點附近的仿真結果。仿真結果表明了設計方法的有效性。 本文最后對系統(tǒng)進行了總結，指出了所研究問題的不足之處，并進行了展