水下機(jī)器人智能手爪的控制系統(tǒng)研究

水下機(jī)器人智能手爪的控制系統(tǒng)研究

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1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文水下機(jī)器人智能手爪的控制系統(tǒng)研究姓名:雍開國申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):檢測技術(shù)與自動化裝置指導(dǎo)教師:葛運(yùn)建20100501摘要作為一種末端執(zhí)行機(jī)構(gòu),機(jī)器人手爪通過模擬人手一些動作規(guī)律實現(xiàn)一些和人手相同或者近似的功能。為了控制機(jī)器手人爪有效完成預(yù)先設(shè)定的各種任務(wù),在對任務(wù)需求進(jìn)行具體分析基礎(chǔ)上合理設(shè)計手爪控制系統(tǒng)無疑有著非常重要的意義。本項研究主要針對水下環(huán)境中提高機(jī)器人手爪作業(yè)自主性的需求設(shè)計一套智能化的控制系統(tǒng)。在深水下作業(yè)時機(jī)器人手爪運(yùn)動所需克服阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣中做相同運(yùn)動的阻力,而在一般情況下手爪占用的空間大小是有嚴(yán)格要求的,因此機(jī)器人手爪的驅(qū)動裝置需要能

2、夠在占用很小空間的條件下提供盡可能大的驅(qū)動力以便于手爪能夠根據(jù)指令迅速響應(yīng)。由于具有的功率質(zhì)量比大、安裝布局靈活、運(yùn)動與換向性能優(yōu)良等特點,液壓驅(qū)動方式被應(yīng)用于解決上述問題。本文論述的控制系統(tǒng)將不同類型的電液控制閥用于按照系統(tǒng)給出的指令完成對液壓回路中流體壓力、流向等量的控制。為了實現(xiàn)控制的自主性、提高控制的靈活性,手爪需要具備一定的對外部環(huán)境感知能力,在實時檢測到必要的環(huán)境參數(shù)基礎(chǔ)上根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出判斷,完成作業(yè)任務(wù)。在本文所述控制系統(tǒng)中,各種力傳感器采集的數(shù)據(jù)被用作最重要的閉環(huán)控制參考信息,在機(jī)器人手爪作業(yè)的整個過程中發(fā)揮重要作用,而超聲波傳感器、攝像頭、霍爾傳感器等采集的數(shù)據(jù)也在作業(yè)

3、過程中作為輔助的參考信息影響系統(tǒng)控制決策。本文在分析機(jī)器人手爪作業(yè)任務(wù)的基礎(chǔ)上描述了控制系統(tǒng)的設(shè)計原理和實現(xiàn)方案:以利用電液閥控制的液壓驅(qū)動控制模塊和包括各種傳感器在內(nèi)的檢測模塊為基礎(chǔ)搭建控制系統(tǒng)硬件平臺;基于硬件平臺和控制策略編制控制系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、存儲、狀態(tài)監(jiān)測和機(jī)器人手爪運(yùn)動控制功能;通過一系列的實驗驗證系統(tǒng)的有效性、可靠性,并通過實驗數(shù)據(jù)對系統(tǒng)性能進(jìn)行一些定性的分析。本項研究在國家863計劃“用于水下的智能化機(jī)器人手爪”(No:2006AA042244)項目支持下進(jìn)行,屬于該項目研究內(nèi)容的一部分。關(guān)鍵詞:智能化控制系統(tǒng)液壓驅(qū)動實時檢測閉環(huán)控制AbstractAsakin

4、dofend—effector,robotichandisdesignedtoimitatetheactionofhumanhandwiththepurposeofcompletingsomeworksinsteadofhumaninsomespecialconditions.Inordertocompletethetasksschemedbeforehand,asetofrationalcontrolsystemdesignedonthebasisofanalyzingitsspecificmissionsissignificantforit.ThisresearchworkistOco

5、nstructacontrolsystemforintelligentmanipulationofrobotichandforunderwaterenvironment,onetargetofourcontrolsystemistomaketherobotichandfulfillsomemissionsautomatically.Toaccomplishthesameaction,therobotichandhastoenduremuchmoreresistanceinwaterthanthatintheair,SOit'snecessarytosupplydrivingforcebig

6、enoughfortherobotichandifwewantittoresponsequicklyaccordingtoourcommands.Usuallytheroomforarobotichandislimitedexactlybysomeextemalfactors,insuchacondition,wechoosehydraulicdrivingmodetoprovidedrivingforce·Withthehydraulicdrivingmode,wecanofferhighpoweroutputwithasmalldrivingcomponentandfixdiffere

7、ntcomponentsflexibly.Inaddition,whenthesystemisrunning,hydraulicdrivingmodemadeiteasytoadjustitsspeedandorientation.Withtheadvantagesdescribedabove,hydraulicdrivingmodeworkswellinoursystem.Differentvalvesareappli

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