欠驅(qū)動平面耦合剛體動力學(xué)與運(yùn)動規(guī)劃研究.pdf

1、欠驅(qū)動系統(tǒng)是指控制輸入小于系統(tǒng)自由度的系統(tǒng)。由于驅(qū)動器的減少，系統(tǒng)具有重量輕、成本低、能耗少等諸多優(yōu)點(diǎn)。對于欠驅(qū)動系統(tǒng)的力學(xué)意義的描述是二階非完整系統(tǒng)，其非完整約束由二階微分方程表示，即指系統(tǒng)加速度的不可積性。二階非完整系統(tǒng)已有前人證明過是可控的。 本文討論欠驅(qū)動平面耦合剛體系統(tǒng)的動力學(xué)與運(yùn)動規(guī)劃問題。首先，討論末端為欠驅(qū)動桿的平面機(jī)械臂系統(tǒng)。為簡化模型，僅考慮欠驅(qū)動桿的動力學(xué)問題，結(jié)合撞擊中心的力學(xué)特性，建立欠驅(qū)動桿的動力學(xué)模

2、型，導(dǎo)出桿的二階非完整約束方程。利用二階非完整約束的特性，通過控制欠驅(qū)動關(guān)節(jié)的加速度，欠驅(qū)動桿可產(chǎn)生不同形式的平動、轉(zhuǎn)動和平面運(yùn)動。組合這些不同形式的運(yùn)動，建立一種開環(huán)運(yùn)動規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂系統(tǒng)從一種初始狀態(tài)到另一種目標(biāo)狀態(tài)的運(yùn)動規(guī)劃。然后，作為對末端為欠驅(qū)動桿的平面欠驅(qū)動機(jī)械臂系統(tǒng)的延伸，討論平面耦合雙剛體欠驅(qū)動系統(tǒng)、三剛體耦合欠驅(qū)動系統(tǒng)及n個剛體耦合欠驅(qū)動系統(tǒng)。結(jié)合撞擊中心處的力學(xué)特性，建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型。由系統(tǒng)的動力學(xué)模型導(dǎo)出