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)。当前在非完整领域的研究主要集中在非完整力学和非完整系统的运动规划上，并且都是针对已有的非完整系统。而对于非完整机械手系统的研究也局限在其运动学和运动规划上，而要实现此类机械手控制的稳定性和精确性，则必须研究其动力学特性。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，在已有的模型上，对这种可控的四关节非完整机械手臂结构做了进一步改进和分析计算。分析了机械手设计中出现的问题，并提出了相应的解决方案。根据四关节机械手的运动传递关系建立了其运动学模型，进一步，本文对此机械手进行了链式变换，这并不仅是因为一般的非完整系统可以转化为链式系统，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，本文研究了基于链式系统的运动规划方法，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运动规划仿真。结果表明了通过链式变换可以有效地得到非完整机械手臂的轨迹规划和控制输入。最后，本学位论文利用拉格朗日力学方程，对四关节非完整机械手进行了动力学建模，推导出了此机械手的动力学模型。并由动力学模型进行了MATLAB仿真。研究结果表明了非完整多关节机械手的动力学模型和一般机器人动力学模型具有相似性，因此我们可以利用分析一般机器人动力学特性的方法来研究非完整机械手。此外，利用MATLAB进行非完整系统的动力学仿真的思想，对非完整系统的设计和优化有一定的参考意义。