欠驱动水平机械臂的分层滑模变结构控制

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1、；氅玺鎏三銎盔誊堡尘警堡笙耋。；．．摘要与一般的规器人运动控铡不同，人类(或者其它生物)的运动是赢度耦合的，并且极善于利用这些运动耦合完成运动能量的传递。同时，人类也很善于利用筋健、关节的限制和弹性来实现运动控制和能^爨的传递。和机器人相比，人的运动有高得多的运动效率。通过研究，我们把人的这种运动传递关系简化为驱动关节(Actuatedjoints)和非驱动关节(Underactuatedjoints／Passivejoints／Freejoints)的运动藕合关系，由驱动关节通过动力掌耦合关系带动非驱动关节完成所需的

2、渤作，从而模仿人类的遴动传递过程。我们撼这样食有菲驱动关节的运动系绕称为欠驱动系统，对欠驱动系统的控制研究不仅是对于仿生机构的研究有慧要意义，在其它方面如空间机器人、低成本梳器入等，包括现有粪整的祝器入静控铺注能浚迸等鸿有重娶的应瘸前景。程欠驱动系统霎，鑫于菲驱动关节静存奁，运动控翻跑一般静橇器灭要困难得多。因为非驱动关节不能直接控制，系统属于非完全可控系统，一般浆毙辩反渍控簇方法辩这样黥系统是毙效懿。基于丽群豹理蠢，欠嚣璐系统的运动规划比～般机器人要困难得多。因为非驱动关节是由动力学耦合关系驱动秘，嚣生袋翡运确鞔遂不

3、铰要满足运动学关系，还豁绥满是动力学藕合关系。这里还牵涉到另一个问题，就是反馈能否实现的问题，由于运动轨道毫度菝羧予蘸力学摸黧嚣量竣骧嘉反镶控裁{}缮，模鍪懿误黢将造成辘遵最终无法实现。由于非线性系统的复杂性和多样性，对不同类型的非线性特征，滩激我翔一秘遗愿豹，效果较好懿蕊纯方法。针对欠驱动系统运动控制中存在的以上问题，本文提出了一种变结构控镯款方法。基本愚想怒在经典溺力学模型鹣基继上遇涟分层辫韵模变结捣控制来实现具有非驱动关节机械臂系统的反馈控制方法。最后，通过理论证明和谤真诞明了这秘方法躬有效牲，著对傍真方法翻结果

4、遴牙了讨论积分叛。欠驱动系统是一个相对年轻的研究领域，国内的研究还不多，国外也还没有形成完整鲍系统黪理论秘方法。本文为欠驱动系统的反馈控制以及运动哈尔滨工程大学硕士学位论文规划掇出了一萃币新的方法，解决了欠驱动系统反馈控铆的关键问题，觚丙为非驱动关节系统的实际应用开麟了广阔前景。关键词：机器人；非驱动关节；非完熬约束；滑模控制童垒鎏兰鹜奎塞鎏圭兰窒鍪薹ABS繁RACTDifferentfromaconventionalrobot。Smotion，thereismuchcouplingamongjointsinthemo

5、tionofhuman(orothercreature)。Humanhavetalentforpassingthemotionenergybythesecoupling。Andalso，humanhavetalentforcontrollingandpassingthemotionbythelimitandtheflexibilityofjoints．Comparedwithrobot，humancarlmovewithbetterefficiency．Inourresearch，wesimplifiedthemode

6、ofsuchmotiontransferasadynamicscouplingmodeofactuatedjointsandunderactuatedjoints(ornamedaspassivejoints／free-joints)．Inordertosimulatehaman’Smotionmode，theactuatedjointsdrivethoseunderactuatedjointsbydynamicscoupling。Theresearchoncontrolofunderactuatedsystemiss

7、ignalitynotonlyforresearchonbionicmechanics，butalsoforotherfield，forexample，spacerobot，low—costrobot，includingimprovingtheperform．anceofconventionalrobot砒hi武speed．Duetotheunderactuatedloints，themotioncontrolofallunderactuatedsystemismuchmoredifficultthanthatofac

8、onventionalsystem．Theanderactuatedjointscan'tbecontrolleddirectly，SOitisanincompletecontrollablesystem。Smoothfeedbackcontrolisinvalidforsuchsystem．Accordingtosamereas