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灵长类仿生机器人运动控制研究

作　者: 赵旖旎
导　师: 张晓华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 仿生机器人欠驱动系统滑模变结构 ADAMS
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

仿生机器人是仿生学的各种先进技术与机器人领域的各种应用目的的最佳结合。从机器人的角度来看,仿生机器人是机器人发展的最高阶段;从仿生学的角度来看,仿生机器人是仿生学技术的完美综合与全面应用。仿生技术是当今运动控制的前沿课题,而模仿灵长类的运动特性又是这一课题中的难点,本课题即是以此为背景引入一种仿生机器人——双摆式仿生长臂猿机器人。根据长臂猿的生活习性及其运动特点,本文提出了双摆式仿生长臂猿机器人的基本原理及其控制目标。根据分析力学中的拉格朗日方程及其分析方法,依据长臂猿的体态特征建立了该仿生机器人的动力学模型。该模型的自由度多于其执行器,故其为一欠驱动系统模型并具有较强的非线性特征。针对该欠驱动仿生机器人目标控制的特点,即其控制目的并不是将其控制在其自身的某个平衡区域内而是通过对目标的判断来控制其运动过程,引入滑模变结构控制理论为其设计了运动控制器。数字仿真表明该控制器可以很好的满足该仿生机器人的控制目标的需要,并具有一定的鲁棒性。为了更加生动和有效的验证该仿生机器人的动力学特征及所设计控制器的控制性能,本文通过虚拟样机技术,建立了基于MATLAB及ADAMS的动力学联合仿真平台。在此平台上获得的仿真模型可以最大限度的接近实物模型,从而可以更大程度的验证所提出的控制策略的效果。同时,通过一个典型的控制案例——球棒系统的平衡控制——详细的给出了该仿真实验平台的一个完整的操作流程及实验效果。最后,在所建立的仿真平台上对所提出的控制系统进行了联合仿真实验,实验结果进一步证明了所提出控制策略的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 仿生机器人的研究现状  11-14
    1.2.2 灵长类仿生机器人的研究现状  14-17
    1.2.3 灵长类仿生机器人的模型研究  17-18
  1.3 国内外研究现状对比  18
  1.4 本文的研究内容  18-20
第2章仿生模型的简化及系统模型的建立  20-31
  2.1 基于拉格朗日方程的系统动力学模型  20-26
    2.1.1 分析力学与拉格朗日方程  20-21
    2.1.2 仿生模型的简化  21-26
  2.2 建立系统仿真模型  26-28
    2.2.1 Simulink 仿真模型的建立  26-27
    2.2.2 ADAMS 仿真模型的建立  27-28
  2.3 模型验证  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章基于控制目标的运动控制器设计  31-51
  3.1 滑模变结构控制  33-34
  3.2 滑模变结构控制器简介  34-35
  3.3 滑模变结构控制基本原理  35-45
    3.3.1 滑模变结构控制基本概念  35-36
    3.3.2 滑模变结构控制的定义  36-37
    3.3.3 滑模面设计  37
    3.3.4 滑模变结构控制系统的抖振问题  37-44
    3.3.5 滑模变结构控制的常规方法  44
    3.3.6 在机器人控制中的应用  44-45
  3.4 灵长类仿生机器人运动控制器设计及仿真  45-50
    3.4.1 滑模变结构控制器设计  45-46
    3.4.2 仿真实验  46-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章 ADAMS-MATLAB 动力学联合仿真研究  51-65
  4.1 ADAMS/Control 模块简介  51-53
  4.2 ADMAS-MATLAB 联合仿真设计流程  53-54
  4.3 ADAMS-MATLAB 联合仿真实验  54-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章系统仿真实验  65-74
  5.1 建立ADAMS 仿真模型  65-68
  5.2 建立Simulink 仿真模型  68-69
  5.3 动力学联合仿真实验  69-72
  5.4 本章小结  72-74
结论  74-75
参考文献  75-82
致谢  82

灵长类仿生机器人运动控制研究

内容摘要

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