基于柔性关节连续体机器人的控制方法及其应用研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kathleen350191539
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与传统的离散刚性机器人相比,连续体机器人拥有连续的主干和多截面结构,具有灵活性高,适应性强的特点。近年来,随着软材料和柔性机械的发展,连续体式柔性机器人逐渐应用于越来越多领域。并且由于应用场景变得更为复杂,人们对连续体机器人的控制性能也提出了更高的要求。因此越来越多的研究人员对连续体机器人控制的相关领域进行研究,并取得了优异的成果。本文对双枢轴柔性关节连续体机器人系统的控制方法进行研究,并建立其运动学模型,提出了基于连续体机器人运动学模型的位置控制方法与末端导航方法。文中的主要研究内容如下:(1)针对高阶多自由度的柔性关节连续机器人关节受限的问题,提出了基于连续体机器人运动学模型的位置控制方法。通过连续体机器人的逆运动学求解其在期望末端位置对应的关节角度,并结合关节校正模块对求解的关节角度进行选择和约束,从而实现连续体机器人在关节受限情况下的位置控制。(2)针对连续体机器人的自主导航和避障问题,提出了一种基于关节极限约束的顶端跟随控制方法。该方法采用非线性规划方法求解优化问题,通过求解约束非线性目标函数的最小值,保证机器人末端执行器以最小的误差跟踪期望位置,从而实现连续体机器人的末端轨迹跟随。并通过仿真实验验证了所提方法的有效性。(3)提出基于遥操作的柔性关节连续体机器人的人机交互控制策略。通过遥操作设备Touch X,对连续体机器人的末端位置进行引导,使用逆运动学模型计算其整体弯曲关节。同时对其运动轨迹进行一定的规划,通过顶端跟随法进行轨迹跟踪。最后,通过MATLAB进行了仿真实验,验证了所提方法的实际控制效果。
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