仿人多指灵巧手抓持控制系统及柔顺控制策略

来源 :河南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiansilang2006
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随着自动化水平的不断提高,机器人技术的应用也越来越广泛,它的末端执行器的灵活性与柔性是其自动化水平的重要体现。本论文通过对国内外灵巧手控制应用方面的总结、研究,采用分级控制方案设计了仿人多指灵巧手抓持控制系统,同时运用基于位置的阻抗控制策略,实现了柔顺运动控制。课题的研究具有实际的应用意义。首先,通过对系统控制方式的分析,采用分级控制方案设计了仿人多指灵巧手的控制系统。第一级为控制层,它是基于C8051F040单片机构建单手指控制器,来对灵巧手单根手指关节角度和指尖力信息进行数据采集和处理。第二级为协调层,它完成灵巧手各个手指的协调运动,采用LF2407A DSP处理由手指控制器经过CAN通信方式传递的现场数据信息,通过阻抗控制算法完成各手指负载的分配及位置控制。第三级为规划层,它完成灵巧手抓持规划,采用C++Builder6.0设计人机交互界面,来动态显示不同手指各个关节的角度值和指尖力变化曲线,并通过抓持规划算法将规划的位置及力信息通过串行通讯总线送给协调层。其次,完成仿人多指灵巧手气动驱动系统的设计,采用自制的气动人工肌肉来驱动手指各个关节的运动;利用Altium Designer6.9电路设计软件,完成了单手指控制系统硬件电路的设计以及DSP控制系统硬件电路的设计。最后,利用MATLAB/simulink仿真工具,建立了手指的仿真模型,完成了灵巧手控制系统的位置和力控制仿真。采用基于位置的阻抗控制策略实现了柔顺控制,在Silicon Laboratories IDE集成开发环境下,编写出了控制程序。通过气动驱动系统、硬件电路及软件的联调,验证了控制算法,实现了仿人多指灵巧手抓持控制系统的设计及柔顺控制。
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