基于演算子理论的Micro-hand非线性系统的鲁棒控制研究
发布时间：2021-02-27 01:18
随着科学的发展,软体机器人成为机器人领域的研究热点;而医疗技术的发展以及老龄化社会的出现,使得软体机器人的研究也得到越来越多的重视。作为软体机器人的重要分支,软体执行器由于是由柔性材料构成对易碎物体具有很高的安全性,并且对人体具有亲和力,其研究更加受到科学家们的关注和推崇。而Micro-hand作为软体执行器领域研究的一个代表,由硅橡胶制成,其具有波纹管的形状,是一种柔性气动执行机构,只需要一根空气管就可以在正负压下产生两种卷曲运动。然而,由于执行器具有非线性特性,使得对执行器的精确建模和稳定控制,以及跟踪性能控制变得非常困难。本文将基于演算子理论的鲁棒右互质分解方法对Micro-hand非线性系统进行鲁棒控制和跟踪控制研究。1.由于Micro-hand执行器系统为非线性的,本文考虑采用演算子理论来描述Micro-hand系统模型,仅仅需要考虑输入气压和执行器弯曲角度之间的关系,并基于同构进行了有效分解,进而通过最小二乘辨识算法对橡胶管半径进行了辨识,改进了既存文献中对半径恒定不变的缺点。2.因气压是随时间而非线性变化的,这给Micro-hand系统的实时精确控制研究带来了一定的挑战。...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
软体机器人手套.Fig.1.1softrobotichand.
青岛科技大学研究生学位论文3的局限，促进了医疗手术的发展，如低自由度的操作设备给手术带来的限制[8]，例如哈佛大学实验室研发的气动人工心脏[9]，冈山大学的仿蠕虫自主推进式内窥镜[10]等。软体机器人的出现可以通过与通信技术相结合，将会极大改善医疗手术时的设备设施，可能实现远程手术的现实和普及，为看病难、医疗资源分布不均等问题的解决提供了新的思路。软体机器人的广泛应用与自身优势，可以保证其有着很好的发展保障。图1.1软体机器人手套.Fig.1.1softrobotichand.图1.2Vine-Line机器人.Fig.1.2Vine-Linerobot.在世界经济整体低迷的时代背景下，特别是美国全方面的对中国的压迫，中国科技的发展面对着较大的下行压力，而且在全球经济增速变缓的情形下，国内的制造业在顶住压力使得自身发展水平和创新能力有着明显提高，相信以软体机器人为代表的这种高端制造行业会迎来快速增长期，并且极有可能成为引爆中国经济发展社会进步的又一个引爆点。而软体机器人在向着更多方面方向发展以及智能化水平的进步，其运用将对医疗卫生、养老康复、勘探救援等领域产生颠覆式的影响。由此来看，中国软体机器人产业有着广阔的发展空间。
基于演算子理论的Micro-hand非线性系统的鲁棒控制研究41.2软体机器人研究现状1.2.1国外现状对于未来新兴产业发展中，机器人技术被认为是具有举足轻重地位的高科技之一，无论国外还是国内对机器人技术的发展也越来越重视，对于软体机器人的发展也有着长足的进步。1989年以来，日本冈山大学的Suzumori团队[11-12]研发出软体机器人微型手，如图1.3所示，制成材料是选择由硅胶材料，这样具有较好的灵活性，还具有多个自由度，并且可实现抓娶移动物体等操作；Suzumori团队还专注于气动执行器的研究，是利用压缩气体作为执行器的驱动方式，为现在的研究人员提供了不同的研究思路[13-15]；2007年美国对软体机器人研究也做出相应举措，国防部的高级研究计划局提出了钻研应用于化学领域的软体机器人Chembots的规划，Chembots是一种柔韧的灵活的机器人，它可以通过跟自己尺寸大小的通道；也可变换自身的形状和尺寸，Chembots是材料化学和机器人学的综合应用，是属于一种中尺寸的软体机器人[2]。2016年，哈佛大学的Wyss团队，利用3D打印技术研制出世界上第一个完全的微型软体的外形酷似章鱼的自主仿生机器人：八爪鱼(Octobot)[16]，如图1.4所示。Octobot的材料选择也是硅橡胶制成，大小只有手掌般，而且各个构件上都没有使用硬性材料，驱动方式也不是靠电来驱动的，而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩，借助压强变化，以及流体驱动实现自身的运动，为软体机器人的发展带来了跨时代的突破。图1.3日本冈山大学Suzumori--小型柔性机械手.Fig.1.3Suzumori,OkayamaUniversity,Japan--smallflexiblemanipulator.近年来，软体机器人方面的研究发展迅速，2019年8月份发表在《Nature》旗下开源综合性期刊《科学报告》(ScientificReport)上多伦多大学的HaniN
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鲁棒右互质分解的一类非线性系统的简易鲁棒控制[J]. 步妮,刘喜梅,赵彤. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2012(05)
[2]系统辨识（6）:多新息辨识理论与方法[J]. 丁锋. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2012(01)
[3]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[4]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
[5]自适应控制技术的应用和发展[J]. 吴宏鑫. 控制理论与应用. 1992(02)
硕士论文
[1]基于演算子理论的非线性鲁棒控制设计及应用[D]. 郑敏.中原工学院 2014
[2]几类非线性不确定系统的鲁棒稳定性分析及控制设计[D]. 黄志华.天津工业大学 2008
[3]最优鲁棒稳态跟踪控制器设计[D]. 胡丽敏.汕头大学 2006
本文编号：3053463
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
软体机器人手套.Fig.1.1softrobotichand.
青岛科技大学研究生学位论文3的局限，促进了医疗手术的发展，如低自由度的操作设备给手术带来的限制[8]，例如哈佛大学实验室研发的气动人工心脏[9]，冈山大学的仿蠕虫自主推进式内窥镜[10]等。软体机器人的出现可以通过与通信技术相结合，将会极大改善医疗手术时的设备设施，可能实现远程手术的现实和普及，为看病难、医疗资源分布不均等问题的解决提供了新的思路。软体机器人的广泛应用与自身优势，可以保证其有着很好的发展保障。图1.1软体机器人手套.Fig.1.1softrobotichand.图1.2Vine-Line机器人.Fig.1.2Vine-Linerobot.在世界经济整体低迷的时代背景下，特别是美国全方面的对中国的压迫，中国科技的发展面对着较大的下行压力，而且在全球经济增速变缓的情形下，国内的制造业在顶住压力使得自身发展水平和创新能力有着明显提高，相信以软体机器人为代表的这种高端制造行业会迎来快速增长期，并且极有可能成为引爆中国经济发展社会进步的又一个引爆点。而软体机器人在向着更多方面方向发展以及智能化水平的进步，其运用将对医疗卫生、养老康复、勘探救援等领域产生颠覆式的影响。由此来看，中国软体机器人产业有着广阔的发展空间。
基于演算子理论的Micro-hand非线性系统的鲁棒控制研究41.2软体机器人研究现状1.2.1国外现状对于未来新兴产业发展中，机器人技术被认为是具有举足轻重地位的高科技之一，无论国外还是国内对机器人技术的发展也越来越重视，对于软体机器人的发展也有着长足的进步。1989年以来，日本冈山大学的Suzumori团队[11-12]研发出软体机器人微型手，如图1.3所示，制成材料是选择由硅胶材料，这样具有较好的灵活性，还具有多个自由度，并且可实现抓娶移动物体等操作；Suzumori团队还专注于气动执行器的研究，是利用压缩气体作为执行器的驱动方式，为现在的研究人员提供了不同的研究思路[13-15]；2007年美国对软体机器人研究也做出相应举措，国防部的高级研究计划局提出了钻研应用于化学领域的软体机器人Chembots的规划，Chembots是一种柔韧的灵活的机器人，它可以通过跟自己尺寸大小的通道；也可变换自身的形状和尺寸，Chembots是材料化学和机器人学的综合应用，是属于一种中尺寸的软体机器人[2]。2016年，哈佛大学的Wyss团队，利用3D打印技术研制出世界上第一个完全的微型软体的外形酷似章鱼的自主仿生机器人：八爪鱼(Octobot)[16]，如图1.4所示。Octobot的材料选择也是硅橡胶制成，大小只有手掌般，而且各个构件上都没有使用硬性材料，驱动方式也不是靠电来驱动的，而是通过化学反应产生的大量气体聚集压缩，借助压强变化，以及流体驱动实现自身的运动，为软体机器人的发展带来了跨时代的突破。图1.3日本冈山大学Suzumori--小型柔性机械手.Fig.1.3Suzumori,OkayamaUniversity,Japan--smallflexiblemanipulator.近年来，软体机器人方面的研究发展迅速，2019年8月份发表在《Nature》旗下开源综合性期刊《科学报告》(ScientificReport)上多伦多大学的HaniN
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于鲁棒右互质分解的一类非线性系统的简易鲁棒控制[J]. 步妮,刘喜梅,赵彤. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2012(05)
[2]系统辨识（6）:多新息辨识理论与方法[J]. 丁锋. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2012(01)
[3]软体机器人研究现状综述[J]. 曹玉君,尚建忠,梁科山,范大鹏,马东玺,唐力. 机械工程学报. 2012(03)
[4]滑模变结构控制理论及其算法研究与进展[J]. 刘金琨,孙富春. 控制理论与应用. 2007(03)
[5]自适应控制技术的应用和发展[J]. 吴宏鑫. 控制理论与应用. 1992(02)
硕士论文
[1]基于演算子理论的非线性鲁棒控制设计及应用[D]. 郑敏.中原工学院 2014
[2]几类非线性不确定系统的鲁棒稳定性分析及控制设计[D]. 黄志华.天津工业大学 2008
[3]最优鲁棒稳态跟踪控制器设计[D]. 胡丽敏.汕头大学 2006
本文编号：3053463
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