欠驅(qū)動水平機械臂的分層滑模變結(jié)構(gòu)控制.pdf

1、與一般的機器人運動控制不同，人類(或者其它生物)的運動是高度耦合的，并且極善于利用這些運動耦合完成運動能量的傳遞。同時，人類也很善于利用筋健、關(guān)節(jié)的限制和彈性來實現(xiàn)運動控制和能量的傳遞。和機器人相比，人的運動有高得多的運動效率。通過研究，把人的這種運動傳遞關(guān)系簡化為驅(qū)動關(guān)節(jié)和非驅(qū)動關(guān)節(jié)的運動耦合關(guān)系，由驅(qū)動關(guān)節(jié)通過動力學(xué)耦合關(guān)系帶動非驅(qū)動關(guān)節(jié)完成所需的動作，從而模仿人類的運動傳遞過程。把這樣含有非驅(qū)動關(guān)節(jié)的運動系統(tǒng)稱為欠驅(qū)動系統(tǒng)，對欠驅(qū)

2、動系統(tǒng)的控制研究不僅是對于仿生機構(gòu)的研究有重要意義，在其它方面如空間機器人、低成本機器人等，包括現(xiàn)有類型的機器人的控制性能改進等均有重要的應(yīng)用前景。 在欠驅(qū)動系統(tǒng)里，由于非驅(qū)動關(guān)節(jié)的存在，運動控制比一般的機器人要困難得多。因為非驅(qū)動關(guān)節(jié)不能直接控制，系統(tǒng)屬于非完全可控系統(tǒng)，一般的光滑反饋控制方法對這樣的系統(tǒng)是無效的?；谕瑯拥睦碛桑夫?qū)動系統(tǒng)的運動規(guī)劃比一般機器人要困難得多。因為非驅(qū)動關(guān)節(jié)是由動力學(xué)耦合關(guān)系驅(qū)動的，所生成的運動軌

3、道不僅要滿足運動學(xué)關(guān)系，還必須滿足動力學(xué)耦合關(guān)系。這里還牽涉到另一個問題，就是反饋能否實現(xiàn)的問題，由于運動軌道高度依賴于動力學(xué)模型而且難以靠反饋控制補償，模型的誤差將造成軌道最終無法實現(xiàn)。由于非線性系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性，對不同類型的非線性特征，難以找到一種通用的，效果較好的優(yōu)化方法。 針對欠驅(qū)動系統(tǒng)運動控制中存在的以上問題，本文提出了一種變結(jié)構(gòu)控制的方法。基本思想是在經(jīng)典動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上通過分層滑動模變結(jié)構(gòu)控制來實現(xiàn)具有非驅(qū)動