基于FPA的氣動剛柔性關節(jié)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、氣動關節(jié)作為氣動多指靈巧手的重要組成部件，起著精確引導靈巧手運動的作用，可見靈巧手的應用范圍直接受到其關節(jié)控制系統(tǒng)性能的影響。國內對氣動關節(jié)控制系統(tǒng)的研究還有所欠缺，沒有成熟的工業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)，目前研制的氣動多指靈巧手關節(jié)和控制器很大一部分是靠國外進口的，往往價格比較高，不適合靈巧手的推廣應用，所以研制氣動多指靈巧手關節(jié)控制系統(tǒng)就顯得十分必要。
　　 本課題使用實驗室自行研制的氣動多指靈巧手中應用的氣動剛柔性關節(jié)為控制對象，鑒于現(xiàn)

2、有基于控制板卡的關節(jié)控制系統(tǒng)結構龐大、價格昂貴、兼容差等不足之處，本文著重研究了適用于氣動剛柔性關節(jié)的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用基于微處理器的關節(jié)運動控制器，以高性能數(shù)字信號處理器dsPIC30F5013為核心，并用CAN總線方式通訊，極大的簡化了系統(tǒng)結構，保證控制精度的同時使系統(tǒng)具備較好的實時性和兼容性。本文的主要工作和成果如下：
　　 (1)介紹了系統(tǒng)控制對象基于氣動柔性驅動器FPA的氣動剛柔性彎曲關節(jié)的模型結構原理以及氣動剛柔性關

3、節(jié)在靈巧手中的應用，并且根據(jù)FPA關節(jié)存在滯緩和氣動系統(tǒng)非線性等特點，設計了模糊自整定PID控制算法實現(xiàn)對氣動剛柔性彎曲關節(jié)進行閉環(huán)控制。
　　 (2)根據(jù)基于FPA的氣動剛柔性關節(jié)控制系統(tǒng)整體方案，設計了控制系統(tǒng)的硬件電路以及相應的PCB板，構建了系統(tǒng)應用程序的總體框架，并采用模塊化程序設計方式，分別開發(fā)了上位機監(jiān)控界面軟件和下位機驅動軟件，編寫了控制系統(tǒng)軟件源代碼。
　　 (3)控制系統(tǒng)設計完成后，搭建實驗平臺，通過

4、對氣動剛柔性彎曲關節(jié)進行了位置靜態(tài)控制、動態(tài)控制、輸出力矩實驗，驗證控制算法和關節(jié)控制系統(tǒng)的控制性能。實驗結果表明：采用本文研究的控制系統(tǒng)，關節(jié)位置靜態(tài)控制時彎曲關節(jié)控制精度偏差在±0.16°之間，進行動態(tài)跟蹤控制時最大穩(wěn)態(tài)誤差為0.24°，不同控制狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)時間在0.8s內，并且通過系統(tǒng)對電氣比例閥的氣壓控制可以實現(xiàn)對關節(jié)輸出力/力矩控制，驗證了模糊PID控制算法能有效應用于本系統(tǒng)。
　　 本文研究的基于FPA的氣動剛柔性關節(jié)