仿猿双臂手机器人连续移动控制及实验研究.pdf

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1、硕士学位论文仿猿双臂手机器人连续移动控制及实验研究RESEARCHONCONTINUOUSBRACHIATIONCONTROLANDEXPERIMENTOFABIONIC-APEDUAL-ARMHANDSROBOT李海伟哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工学硕士学位论文仿猿双臂手机器人连续移动控制及实验研究硕士研究生：李海伟导师：吴伟国教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:681.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCONTINUOUSBRACHIATIONCONTROLANDEXPERIMENTOFABIONIC-APEDUAL-ARMHANDSROBOTCandidate：LiHaiweiSupervisor：Prof.WuWeiguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngin

3、eeringSpeciality：MechanicalDesignandItsTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要Brachiation机器人的连续移动是一种模仿长臂猿在树枝间摆荡移动的运动方式。由于Brachiation机器人系统属于一个欠驱动机械系统，具有二阶非完整约束及

4、运动不可积的特点，这使得很难找到一条可行的运动轨迹实现可靠的连续移动。针对这一问题，本文采用基于大阻尼欠驱动的方法进行仿猿双臂手机器人连续移动控制器的设计及仿真与实验研究。本文在分析连续抓杆运动的调整、松杆、摆荡、抓杆四个阶段的基础上，分别进行了四个阶段运动控制器的设计。分别进行了各阶段主驱动关节的轨迹规划，采用PID控制律进行轨迹跟踪控制。调整阶段控制器的设计，采用最优化方法进行各关节目标角度的优化设计，使在摆荡阶段初期能够获得较大的重力势能，从而欠驱动关节能够摆荡到更大的角度。松杆阶段控制器的设计

5、，针对机器人关节角度误差及杆件参数误差导致采用运动学判断条件在进行松杆结束判断时在实验中不可靠的问题，设计了松杆阶段各关节轨迹及松杆结束条件。摆荡阶段控制器的设计，为使欠驱动关节在主驱动关节的耦合作用下能够以更低的速度向前摆荡，同时使肘关节轨迹最大角速度尽可能小，采用两段的三角函数角速度轨迹进行肘关节角速度轨迹的规划，分别设计了关节角速度评价函数、可抓握评价函数、肘关节角度调整评价函数进行肘关节轨迹参数的优化设计。大阻尼抓杆阶段控制器的设计，采用大阻尼欠驱动退转反馈抓杆控制方法实现可靠地抓握目标杆。本

6、文进行了BARDAH-I型仿猿双臂手机器人仿真与实验。分别进行了摆荡阶段、不同杆间距及高度下的ADAMS-MATLAB/Simulink联合仿真，仿真表明，设计的连续移动控制器能够有效实现机器人在多根不同杆间距及高度下的连续移动。最后在本实验室自主研制的BARDAH-I型机器人上，在起始杆间距为1m，目标杆间距分别为0.5m、0.6m、0.7m、0.8m的桁架杆间，进行了每组3次，共12次的抓杆移动实验，实验成功率100%。关键词：仿猿双臂手机器人；Brachiation；连续移动；欠驱动；大阻尼-I

7、-AbstractAbstractThecontinuousbrachiationoftheBrachiationrobotisamovementthatmimicstheswingingmovementofthegibbonsbetweenthebranches.BecausetheBrachiationrobotsystembelongstoanunderactuatedmechanicalsystem,ithasthesecond-ordernon-holonomicconstraintandt

8、heirreversibilityofthemotion,whichmakesitdifficulttofindafeasibletrajectoryforreliablecontinuousmovement.Inordertosolvethisproblem,thedesign,simulationandexperimentalstudyofacontinuousmotioncontrollerwithabionic-apedual-armhandsb