一种新型非完整欠驱动多关节机械手设计及其运动特性研究

论文题目: 一种新型非完整欠驱动多关节机械手设计及其运动特性研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 姜紫庆

导师: 谭跃刚

关键词: 非完整,机械手臂,链式系统,欠驱动,多关节

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 非完整约束主要存在于含有滚动接触的系统(如多指机器人手和轮式移动机器人)以及角动量守恒的系统(如带有机器人的卫星运动和半空中的跳水员或体操运动员)。这类问题通常是由于机械系统受到对速度的不可积约束引起的,这种约束不可通过积分的方法表示成位形空间的约束形式。同时由于非完整系统的自由度数目等于独立坐标数目减去非完整约束方程的数目,所以可用比系统可到达位形空间维数少的控制输入数来确定其运动。本文基于已有的非完整理论及非线性控制方法,将摩擦圆盘运动分解机构应用到多关节机械手臂上,设计了一种新型多关节欠驱动可控的非完整机械手臂。由于可用比系统可到达位形空间维数少的控制输入数来确定非完整系统的运动,所以仅仅在机座上使用二个电机来驱动机械手臂上的多个连杆。通过对此非完整机械手的运动特性的研究表明了该系统具有非完整性。并且,证明了其可控性,表明此机械手是可以控制的。进一步,本文对此机械手进行了链式变换,这并不只因为一般的非完整系统都可以化为链式系统,更重要的是链式系统的控制是比较容易和成熟的。完成链式变换后,本文研究了链式系统的控制方法,利用时间多项式输入控制的方法实现了对该多关节机械手臂的控制。最后,设计实验并用所计算出的控制输入来控制机械手臂运动,考察算法的可行性和可靠性。

论文目录:

第1章绪论

1.1 非完整系统的研究现状

1.1.1 非完整系统的概念

1.1.2 非完整系统国内外研究现状

1.2 多关节机械手臂的研究现状

1.3 本文的主要研究工作

1.4 本课题研究的目的和意义

第2章多关节欠驱动非完整机械手的设计

2.1 引言

2.2 非完整约束的基本特征

2.2.1 运动学约束的可积性分析

2.2.2 非完整系统的可控性讨论

2.2.3 链式系统的概况

2.2.4 链式系统的可控性

2.2.5 链式变换

2.3 机械手的核心摩擦传动机构

2.4 机械手的结构方案设计

2.5 机械手设计注意的问题

2.6 机械手的安装调试

第3章机械手的运动模型及其控制

3.1 引言

3.2 机械手模型的运动特性

3.3 机械手模型的链式变换

3.4 机械手臂的控制方法

3.4.1 控制的基本思想

3.4.2 时间多项式输入控制方法

3.5 机械手的仿真分析

第4章机械手的实验研究

4.1 实验控制系统

4.2 非完整多关节机械手的实验研究

4.2.1 核心传动机构传递准确度的实验

4.2.2 目标位形达到情况的实验

4.2.3 机械手运动过程的分析

4.3 实验总结

第5章结论与展望

5.1 研究的主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录

发布时间: 2006-01-04

参考文献

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一种新型非完整欠驱动多关节机械手设计及其运动特性研究

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