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具有非驱动臂的机器人控制方法研究

作　者: 王磊
导　师: 朱齐丹
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 非驱动臂平均系统机器人
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 146次
引　用: 4次
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内容摘要

具有非驱动关节的机器人有些关节式被动的，也称是自由的。这种机器人的优点是显而易见的，由于驱动的减少，使机器人的重量减轻了，成本也降低了，同时也减少了能源的消耗。受人体运动的启发，欠驱动系统的运动控制研究对运动机器人以及其它仿生机器人的研究有重要意义。诸多优点使这种机器人很有研究价值，是近些年机器人研究领域的热点。本文以该类机器人为研究对象，进行了位置控制的研究，主要完成了以下几方面的工作：首先，利用牛顿欧拉方程方法，即用力和动量、力矩和动量矩描述刚体的动力学性能方法，建立具有非驱动关节的两关节机器人动力学模型。然后利用平均值法对真实系统进行平均化简化，推导出真实系统的平均化模型。接着，运用MatLab作为工具，对平均化模型进行仿真，推导出了一种基于位置和速度反馈的控制方法。为了验证控制方法，设计制作了一个具有非驱动关节的机器人模型。最后，在具有非驱动关节的机器人模型上进行了一系列控制实验，通过这些实验来验证了以前文献中所提出来的控制模型，以及开环控制方法的正确性。

全文目录

第1章绪论  8-17
  1.1 具有非驱动关节的机器人  8-9
  1.2 国内外课题研究现状  9-15
  1.3 课题研究的意义  15-16
  1.4 论文的主要研究工作安排  16-17
第2章具有非驱动臂的机器人的牛顿欧拉动力学方程建立  17-24
  2.1 机器人动力学  17-18
  2.2 牛顿欧拉动力学方程建立  18-23
    2.2.1 刚体的惯性张量  18-20
    2.2.2 具有非驱动臂的机器人牛顿欧拉动力学模型  20-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章具有非驱动臂的机器人模型平均化  24-32
  3.1 平均值法  24-29
    3.1.1 非线性微分方程的近似解法  24-25
    3.1.2 平均值法  25-29
  3.2 真实系统平均化  29-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章具有非驱动关节机器人控制方法仿真  32-42
  4.1 控制策略  32
  4.2 驱动臂任意位置的控制  32-34
    4.2.1 PID控制原理  33-34
    4.2.2 驱动臂控制的仿真结果分析  34
  4.3 非驱动臂的任意位置的控制  34-41
    4.3.1 对平均模型仿真结果及分析  35-37
    4.3.2 基于速度和位置反馈的控制方法  37-41
  4.4 本章小结  41-42
第5章具有非驱动臂的机器人模型制作  42-63
  5.1 具有非驱动臂的机器人机械模型设计制作  42-48
    5.1.1 轴的设计  43-46
    5.1.2 电机和编码器的选取  46-48
  5.2 具有非驱动臂机器人模型控制卡的设计制作  48-58
    5.2.1 总线目标接口芯片PCI9052  50-52
    5.2.2 PCI设备的WDM驱动程序设计  52-57
    5.2.3 专用精密运动控制器LM629  57-58
  5.3 直流电机驱动及隔离电路  58-60
    5.3.1 直流电机驱动电路  59-60
    5.3.2 光电隔离电路  60
  5.4 模型整体结构  60-61
  5.5 本章小结  61-63
第6章具有非驱动臂的机器人控制方法试验  63-74
  6.1 驱动臂扰动对非驱动臂的影响  63-67
  6.2 非驱动臂稳定在±60度的实现  67-69
  6.3 驱动臂及非驱动臂任意位置的控制策略  69-72
  6.4 本章小结  72-74
结论  74-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  78-79
致谢  79

具有非驱动臂的机器人控制方法研究

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