论文摘要：一种新型灵巧手的控制系统研究

随着机器人作业环境和执行任务的精细和复杂化，简单的末端夹持装置已远远不能满足各种灵巧和精细操作任务的要求。具有多种感知功能的多指灵巧手作为末端执行器可以提高机器人的作业范围和作业能力，已成为机器人研究领域的热门研究方向之一。但是，目前的灵巧手普遍存在自由度过多导致的结构复杂、控制复杂、成本高的问题，还不能在生活、生产中广泛应用。因此研究具有结构简单、控制方便、成本低的新型灵巧手具有广泛的社会需求和重要的实用价值。本文研究的BHG-1 型灵巧手融合了传统夹持器和灵巧手的优点，具有自由度少、成本低、控制简单、易于操作等特点。论文着重研究了灵巧手的伺服控制系统，同时为了进一步提高该灵巧手的拟人化和抓取自适应性，提出了其进行欠驱动改进的方案。主要内容包括： 首先，论文设计了伺服控制系统的总体方案。考虑到灵巧手在实际作业时，要求控制系统具有很高的实时处理能力及对六路力传感器的模拟信号进行处理的能力，我们采用以DSP为核心、上位机与下位机协调控制的两级控制方案。由下位嵌入式DSP处理器来实现电机驱动电路以及反馈电路的设计，以实现对手指运动的控制；上位PC机通过串口发送夹紧、松开等命令及参数设定值至下位灵巧手控制器，对其进行实时监控，实现人机对话。 其次，根据控制系统的总体方案，设计了直流电机的控制器，利用实验试凑的方法选取了合适的控制参数，并应用到后续的实验中。根据灵巧手的控制策略及控制系统的硬件电路设计，用C语言和汇编语言编制了上下位机软件并进行了调试。本文研究的伺服控制系统的控制软件存储于DSP芯片中，主要由信号采集、发送、数据处理和控制算法等部分组成。在三指灵巧手的抓持实验中，将灵巧手的机械部分、控制系统硬件、软件进行联调，对控制系统的通讯、传感信号处理、电机控制等功能进行了验证。实验表明，所设计的伺服控制系统可以根据上位机传送的指令，及下位机检测到的力传感信号实现灵巧手的自主控制。 最后，对BHG-1型灵巧手进行了欠驱动改进，建立了含欠驱动关节的单手指的拉格朗日动力学模型，利用Adams软件进行了动力学仿真。