体操机器人摆起和倒立平衡的控制研究

发布时间：2024-02-02 13:55

　　体操机器人是根据仿生思想而设计的一种教学娱乐用机器人,它的驱动装置数目通常比自身的自由度数目要少,因而是欠驱动机器人。欠驱动系统具有高度非线性、时变和强耦合的特点,在控制方面具有很大的挑战;具有成本低、重量轻的特点,可以应用在航空航天等对能量消耗有严格要求的领域,前景非常广阔。因而,欠驱动系统的控制研究具有重要的理论和应用价值。首先,本文在查阅了大量国内外关于体操机器人文献的基础上,将Acrobot机器人模型作为研究欠驱动系统控制问题的一个重要参考,采用Lagrange方程建立了所研究体操机器人的动力学模型,并对其所要完成的摆起和大回环动作进行了分析,分析结果表明在运动过程中机器人手爪的受力最大。在此分析基础上利用ANSYS软件对手爪受力状态进行了应力分析。体操机器人的动力学模型在Matlab/Simulink平台上完成,其正确性通过数学仿真得以验证。其次,推导了体操机器人的摇起、大回环和倒立平衡控制算法。根据哈密顿方程证明其运动控制不能使用线性思维进行研究;本文采用了两种不同算法用于实现摇起控制,这两个算法都是基于部分反馈线性化而提出的,它们设计理念是相同的,那就是均利用积分反演的方...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2Acrobot理论验证装置

动系统应用的领域也是多种多样的[5][6]，如空间机械臂以及机械的动作同时需要很高的灵活性、能耗低，这时设计欠驱动关节；在仿生机器人应用方面，仿生机器人顾名思义就是仿照人设果机器人的每个关节都安装驱动电机，不仅控制困难，动作的能量消耗高，结构复杂，这时就需要考虑应用欠驱动来设计，....

图1-3日本第28代单杠机器人

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文法进行摆起控制策略的研究，也就不能根据轨迹规划的控制方法使体操机现摆起动作。日本的Hinamitetu团队以打造体操机器人而闻名，在过去的几年间日本研让其设备的精细度不断提高，比较逼真的模拟出人体的动作曲线，进而完优美的体操动作，因此研制出了许多....

图1-4三关节Acrobot实物2003年，重庆大学的谢健[25]

模糊控制的方法，实现了在吸引域内的倒立平衡糊变结构控制，这种控制方法是让主动关节向被势运动，避开能量不稳定点，能够实现模型的摆以保证Acrobot能够像体操运动员那样很快地由较长，从而说明了摆起的时间越长误差就会越大祖枢教授等人[28][23]提出了一种适用于双手与杠固智能控....

图1-5图式理论及三连杆Acrobot模型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文可以根据图式理论建立图式库三种层次的控制策略—感知、运动以及关联图，设计出了一类对于复杂的控制系统都可以采用的智能图式库，这种控制方对仿人智能控制理论的进一步完善。还给出了三连杆机器人的数学模型，动析以及目标动作规划的方法。然而，这种方法一直建立在理....

本文编号：3892773