非完整約束機器人系統(tǒng)的運動規(guī)劃.pdf

1、非完整系統(tǒng)是機器人學(xué)和控制工程中普遍存在的約束系統(tǒng),非完整約束廣泛存在于輪式移動機器人、柔性機械手、人造衛(wèi)星、航天飛機等系統(tǒng)中。而非完整移動機器人的運動規(guī)劃研究有助于解決工業(yè)機器人的高精度裝配以及完成各種細(xì)微的操作、外星球表面機器人探索運動等問題。因此,對非完整系統(tǒng)的約束問題及其運動規(guī)劃問題的研究具有重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。同時,微分幾何理論的進(jìn)入,更大大地促進(jìn)了控制理論和系統(tǒng)理論的發(fā)展。如何借助于微分幾何理論以及非線性系統(tǒng)理論

2、,對非完整系統(tǒng)的運動規(guī)劃問題進(jìn)行深入研究和探討,便成為本文研究的根本思想。 本文的主要工作包括以下四個方面： (1)圍繞所研究的問題,介紹了相關(guān)的一些數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及機器人系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)及相關(guān)的控制問題。 (2)在上述基礎(chǔ)上,利用微分幾何方法對于非完整約束機器人系統(tǒng)的非線性可控性進(jìn)行了研究。特別是Pfaffian系統(tǒng)約束的完整性及非完整度,以及非完整約束對機器人系統(tǒng)的控制特性的影響。 (3)給出了非完整

3、約束機器人系統(tǒng)的運動規(guī)劃方法。研究了典型非完整系統(tǒng)q=g1(q)u1+…+gm(q)um的正弦控制并將正弦輸入用于非標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的控制,對于一些與鏈?zhǔn)较到y(tǒng)類似的系統(tǒng),采用基本的傅里葉分析方法。同時,也研究了何時能將一個給定系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的問題。運用標(biāo)準(zhǔn)軌跡中的幾何推理技術(shù),研究了手指在被抓物體表面上的重新定位問題。 (4)通過三個非完整系統(tǒng)的應(yīng)用實例,進(jìn)一步說明了由運動方程的建立,到約束系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與可控性分析,再到其選擇不同控制