非驅(qū)動關(guān)節(jié)機(jī)器人控制規(guī)律的研究.pdf

1、所謂具有非驅(qū)動關(guān)節(jié)的機(jī)械系統(tǒng)是指其關(guān)節(jié)的驅(qū)動少于系統(tǒng)的自由度.其特點是:輸入空間(即控制控間)維度小于構(gòu)造空間維度,也就是說,它不是所有關(guān)節(jié)都有驅(qū)動裝置,它有些關(guān)節(jié)是被動的,也稱自由的.這種機(jī)器人的優(yōu)點是顯而易見的,是近些年機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點.由于驅(qū)動的減少,使得機(jī)器人的重量減輕了,成本也降低了,同時也就減少了能源的消耗,該優(yōu)點使得這種機(jī)器人適合工作在太空,當(dāng)機(jī)械手某一關(guān)節(jié)失效的情況.本文以該類機(jī)器人為對象,進(jìn)行研究,主要完成了以下幾

2、方面的工作:運(yùn)用拉格朗日(Lagrange)功能平衡法,建立了具有非驅(qū)動臂機(jī)器人的動力學(xué)模型.針對一般的非線性系統(tǒng)提出了線性化的法則,并運(yùn)用此原理,來實現(xiàn)對具有非驅(qū)動臂機(jī)器人這樣的非線性系統(tǒng)的第一步的處理.然后在此基礎(chǔ)上,提出了一種新穎的分析和控制方法,即基于參數(shù)α和ω的周期性輸入的法則,在運(yùn)用該方法的同時中,結(jié)合平均化理論對模型作進(jìn)一步的分析和簡化.針對最后的簡化模型,對系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了詳細(xì)的討論.位置控制策略分為兩步:首先,通過

3、PID控制器實現(xiàn)了對驅(qū)動關(guān)節(jié)的控制;第二步:實現(xiàn)對非驅(qū)動臂的控制.文中主要討論第二步的實現(xiàn).為了研究方便起見,我們通過對簡化模型的分析得出控制方法,然后將它用于分析實際系統(tǒng).通過分析平均系統(tǒng),得出了輸入幅度的控制規(guī)律,即,通過控制幅度α值的大小來實現(xiàn)系統(tǒng)由初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài),對于所有的情況,文中都給出了表格,總結(jié)了方法.仿真結(jié)果顯示,該方法具有可行性.最后簡單介紹了混沌的概念、基于周期信號混沌運(yùn)動控制的基本思想,并結(jié)合所研究的非驅(qū)動臂