拟人双臂机器人在精密打磨、精密装配、大负载搬运等工业领域有其独特的优势,它是下一代工业机械臂智能化发展的方向。拟人双臂机器人是仿照人手臂的自由度构成和分配而设计的一种机械臂系统,其具备操作空间大、灵活性高以及协同能力强等特点而被广大学者研究;由于冗余自由度的存在,双臂机器人系统运动控制研究水平一定程度上标志着一个国家在机械臂研究领域的学术地位。本文以拟人双臂机器人为研究对象,以人体双臂运动机理、双臂机器人运动规划方法以及双臂协调运动控制为研究内容,针对传统运动规划方法操作复杂、效率低下以及双臂机器人运动控制系统存在的非线性等问题开展相关研究。本文研究的主要内容如下1.提出了基于直角三角函数的手臂关节旋转的评价方法。从人类手臂的特点出发,结合人体解剖学,分别对肩部、肘部与前臂、腕部进行了详细阐述及运动学分析,构建了肩关节-肘关节-手腕组成的人类手臂运动链,并对其运动学进行了建模。分析了手臂关节角的运动轨迹、角度变化以及肌肉的作用力特征,解决了手臂在旋转过程中肩部和肘部关节力矩的计算问题。2.提出了基于人体手臂运动捕获数据的对偶四元数空间向量法关节角计算方法。针对传统人体双臂运动捕获方法存在的不足,描述了光学运动捕捉系统的优点以及当前在运动捕捉数据的分析与处理方法中有待解决的问题。应用空间向量法对人体肩部和肘部关节角进行了计算,通过对偶四元数对原型标记点位置的逆运动学进行了求解,避免了欧拉角的奇异点问题。3.采用了欧几里得群结构与最优控制逆解相结合的方法,建立了人机匹配模型。围绕机器人复现人体双臂运动的目标,通过对捕获人体双臂运动轨迹上的速度和关节角度变化数据进行修正,并将修正后的数据与机器人模型进行运动学匹配,解决了人体运动数据到双臂机器人的最佳模型匹配问题。实现了仿人双臂机器人的拟人化运动。4.双臂机器人位置跟踪精度不同控制策略的对比研究。在经典反演控制器设计的基础上,建立了一种改进型的双臂协调反演控制策略。该策略有三个特点:第一,采用模糊逼近反演控制算法,对非线性不确定性进行估计,进一步提高末端位置跟踪的精度。基于力和位置的混合控制系统,模糊逼近末端期望轨迹,完成了双臂的协调抓取任务。第二,采用扩展的自适应反演控制方法来控制双臂稳定工作,充分利用反演法的优点,使用一阶滤波器减少控制器的复杂度。基于力矩补偿的模糊自适应反演控制方法,对机器人双臂实现准确的轨迹跟踪。第三,采用滑模自适应反演控制方法来减少系统总干扰,结合非线性扰动观测器的特点,提出了一种非线性扰动观测的滑模自适应反演控制方法。该方法削弱了滑模控制的抖振,提高了仿人双臂机器人系统的控制性能,保证双臂系统稳定工作。5.设计了双臂机器人拟人化控制和双臂协调稳定操作的完整方案。针对机器人双臂实现拟人化操作问题,应用目前通用的仿真平台V-REP(Virtual Robot Experimentation Platform)从仿真、实验角度验证了本论文提出方法的有效性,为仿人机器人双臂协调稳定控制以及双臂拟人化复现操作提供了一个新的参考方向和方法,拓展了双臂机器人的应用,具有积极的学术指导价值和重要的工程实际意义。