论文题目: 基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及自动化
作者: 谭跃刚
导师: 周祖德
关键词: 非完整系统,机器人,运动规划,非线性控制,欠驱动系统,非完整机构
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着机器人技术的发展和广泛的应用,对机器人的精细作业和在各种环境下的灵活控制的要求越来越高,使得机器人机械本体的复杂性与运动控制的有效性显得越来越突出。在机器人控制技术迅速发展的今天,人们更加清楚地认识到:机器人的机械本体必须与控制系统紧密地结合为一个整体才能充分发挥出应有的性能和功能。因此,积极主动地探索机器人机构学与控制理论的融合具有重要的意义。 本学位论文在中国科学院机器人学重点实验室的支持下,为探索和研究非完整系统理论与非线性控制原理的融合方式,以建立非完整欠驱动机械手及其运动控制方法为目标,进行了大量的调研和研究工作,并在已有非完整控制系统研究成果和全面分析国内外非完整机器人系统研究现状的基础上,对非完整机械手及其关键技术进行了深入地研究和开发。 非完整系统具有许多的特点,在对非完整系统进行全面深入分析研究的基础上,结合非完整链式系统的转换关系,分析证明了可变换为链式系统的机械系统是可控非完整系统。由此,基于圆盘在平面上滚动的非完整性,提出了一种可控的新型非完整运动传递机构——摩擦圆盘运动分解合成机构,该运动传递机构通过转盘与圆盘相对位形的改变,可有效实现运动传动比的连续控制,其传动比的变化遵循三角函数的关系。 利用建立的可控非完整运动传递机构与非完整运动规划原理的结合,提出了二种新型可控的非完整欠驱动机械手——开链式非完整机械手和并链式非完整机械手,并给出了这二种机械手的理论设计,分析研究了它们的非完整性、运动特性,证明了在输入控制数小于其位形空间维数的情况下的运动可控性,并给出了将其转换为链式系统的条件和方法。 基于链式系统的时间多项式输入控制和三角函数输入控制的方法,给出了非完整机械手的运动规划算法,并分析研究了基于这二种输入控制作用下的运动特性,揭示了开链式非完整机械手和并联式非完整机械手的控制特点和运动的不同性质。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 非完整机器人及其相关问题
1.2 非完整机器人的研究综述
1.2.1 非完整机器人特性的研究综述
1.2.2 非完整运动规划与控制的研究综述
1.2.3 新型非湾镇机器人的研究综述
1.3 本文的主要研究内容及其目的和意义
1.4本文的结构及概述
第2章 非完整系统的基本特性与控制
2.1 非完整约束与非完整系统
2.2 非完整约束的特征
2.2.1 运动约束
2.2.2 动力学约束
2.3 约束的可积性
2.4 非完整系统的可控性
2.5 非完整控制系统与链式变换
2.5.1 非完整系统的控制
2.5.2 链式变换
2.5.3 链式变换的特性
2.6 本章小结
第3章 新型非完整运动传递机构模型与特性
3.1 非完整运动传递机构的结构模型
3.2 非完整运动传递机构的运动模型及其特性
3.2.1 非完整运动传递机构的运动模型
3.2.2 非完整运动传递机构的主要特性
3.3 机构运动的计算机辅助分析
3.3.1 圆盘运动为机构运动传递的输入
3.3.2 转盘运动为机构运动传递的输入
3.4 本章小结
第4章 非完整机械手的理论设计及其特性研究
4.1可控非完整机械系统的设计方法
4.2 开链式非完整机械手的理论设计
4.2.1 机械手的关节结构
4.2.2 开链式非完整机械手的结构
4.3 开链式非完整机械手的运动学模型
4.4 开链式非完整机械手的可控性分析
4.5 开链式非完整机械手系统的链式变换
4.6 并链式非完整机械手的设计与特性分析
4.6.1 能量主传递链的设计
4.6.2 并链式非完整机械手的设计
4.6.3 并链式非完整机械手的特性分析
4.6.4 并链式非完整机械手的链式变换
4.7 本章小结
第5章 非完整机械手的运动规划与仿真分析
5.1 非完整链式系统的运动控制
5.1.1 链式系统的时间多项式输入控制
5.1.2 链式系统的三角函数输入控制
5.2 非完整机械手的运动规划方法
5.3 非完整机械手的时间多项式输入控制与仿真
5.3.1 开链式非完整机械手的时间多项式输入控制
5.3.2 并链式非完整机械手的时间多项式输入控制
5.4 非完整机械手的三角函数输入控制与仿真
5.4.1 开链式非完整机械手的三角函数输入控制
5.4.2 并链式非完整机械手的三角函数输入控制
5.5 本章小结
第6章 非完整机械手的设计与实验研究
6.1 非完整多关节机械手的设计
6.1.1 设计中的主要问题
6.1.2 非完整运动传递机构的设计制作
6.1.3 非完整多关节机械手的设计制作
6.2 圆盘与转盘接触的分析与计算
6.3 开链式非完整多关节机械手的实验研究
6.3.1 实验控制系统
6.3.2 非完整运动传递机构的实验研究
6.3.3 开链式非完整机械手的实验研究
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的相关论文
致谢
发布时间: 2005-10-11
参考文献
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