多指灵巧手动力学与操作控制技术研究

发布时间：2021-05-07 07:27

　　随着航天技术的发展,空间实验室的建立、维护以及其他操作任务将越来越繁重,因此急需太空机器人的帮助,并且太空机器人必须具备能够安全可靠地执行操作任务的灵巧手。本文主要研究了空间多指灵巧手操作控制的关键技术和难点问题。本文首先介绍了所研制的空间五指灵巧手的系统组成,手指以及传感器系统的设计。其次,根据D-H法在多指灵巧手拇指的各个关节建立坐标系,从而得到拇指末端的笛卡尔空间位置与拇指关节转角之间的运动学关系,进一步分别利用Newton-Euler迭代方法和Lagrange方法推导多指灵巧手拇指的动力学方程,两种方法所得结果相同,从而交叉验证了动力学方程结果的正确性。再次,对腱传动进行建模,基于单纯形法对腱张力进行分配,在此基础上,针对拇指给出了腱空间和关节空间两种阻抗控制方法,并且基于前述动力学方程利用MATLAB分别对其进行仿真,仿真结果表明采用这两种控制律,拇指都可以实现预期的运动,关节空间方法控制效果更佳。最后,针对腱驱动型灵巧手手指末端操作中需满足控制接触力和接触位置同时保持腱张力处于合适的约束范围的要求,结合接触力,提出了一种手指腱张力约束末端操作阻抗控制方法,基于MATLAB和... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 多指灵巧手系统的研究基础
    1.4 本文研究内容
第二章 腱驱动型多指灵巧手系统设计
    2.1 引言
    2.2 灵巧手的系统组成
    2.3 灵巧手手指设计
        2.3.1 拇指构型及拇指的结构设计
        2.3.2 其余四指的结构设计
    2.4 传感器系统
        2.4.1 关节角位置传感器
        2.4.2 指尖六维力/力矩传感器
        2.4.3 腱张力传感器
    2.5 本章总结
第三章 多指灵巧手拇指的运动学和动力学分析
    3.1 引言
    3.2 拇指运动学分析
        3.2.1 正向运动学
        3.2.2 逆向运动学
        3.2.3 雅可比矩阵
    3.3 拇指连杆动力学分析
        3.3.1 牛顿-欧拉迭代动力学方程
        3.3.2 拉格朗日动力学方程推导
    3.4 本章总结
第四章 腱驱动型灵巧手拇指自由空间运动控制系统设计
    4.1 引言
    4.2 腱传动原理及腱张力分配
        4.2.1 腱传动原理
        4.2.2 腱张力分配
    4.3 腱约束拇指自由空间运动控制系统设计及仿真
        4.3.1 阻抗控制系统的一般结构
        4.3.2 腱空间阻抗控制系统设计及其仿真
            4.3.2.1 控制律设计
            4.3.2.2 控制仿真实验
        4.3.3 关节空间阻抗控制系统设计及仿真
            4.3.3.1 控制律设计
            4.3.3.2 控制仿真实验
    4.4 本章总结
第五章 手指末端操作阻抗控制系统设计与仿真
    5.1 引言
    5.2 基本原理
        5.2.1 系统组成
        5.2.2 控制方法
            5.2.2.1 控制器组成及控制流程
            5.2.2.2 控制器各模块具体实现
    5.3 ADAMS和 MATLAB联合建模
        5.3.1 ADAMS和 MATLAB联合模型建立方法
        5.3.2 参数设置
    5.4 仿真结果及分析
        5.4.1 腱空间仿真结果及分析
        5.4.2 关节空间仿真结果及分析
    5.5 .本章总结
第六章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 课题展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[6]空间机械臂力柔顺控制方法研究[D]. 董晓星.哈尔滨工业大学 2013
[7]仿人型灵巧手拇指灵巧性设计方法的研究[D]. 王海荣.哈尔滨工业大学 2012
[8]步进内置式深孔加工机器人的研究[D]. 吴春鹏.兰州理工大学 2009
[9]新型多指灵巧手的结构设计与性能分析[D]. 向红标.天津大学 2007
[10]三指灵巧手手指及其抓取运动规划的研究[D]. 李平.哈尔滨工程大学 2003



本文编号：3172997