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气动关节作为气动多指灵巧手的重要组成部件,起着精确引导灵巧手运动的作用,可见灵巧手的应用范围直接受到其关节控制系统性能的影响。国内对气动关节控制系统的研究还有所欠缺,没有成熟的工业化产品出现,目前研制的气动多指灵巧手关节和控制器很大一部分是靠国外进口的,往往价格比较高,不适合灵巧手的推广应用,所以研制气动多指灵巧手关节控制系统就显得十分必要。本课题使用实验室自行研制的气动多指灵巧手中应用的气动刚柔性关节为控制对象,鉴于现有基于控制板卡的关节控制系统结构庞大、价格昂贵、兼容差等不足之处,本文着重研究了适用于气动刚柔性关节的控制系统。系统采用基于微处理器的关节运动控制器,以高性能数字信号处理器dsPIC30F5013为核心,并用CAN总线方式通讯,极大的简化了系统结构,保证控制精度的同时使系统具备较好的实时性和兼容性。本文的主要工作和成果如下:(1)介绍了系统控制对象基于气动柔性驱动器FPA的气动刚柔性弯曲关节的模型结构原理以及气动刚柔性关节在灵巧手中的应用,并且根据FPA关节存在滞缓和气动系统非线性等特点,设计了模糊自整定PID控制算法实现对气动刚柔性弯曲关节进行闭环控制。(2)根据基于FPA的气动刚柔性关节控制系统整体方案,设计了控制系统的硬件电路以及相应的PCB板,构建了系统应用程序的总体框架,并采用模块化程序设计方式,分别开发了上位机监控界面软件和下位机驱动软件,编写了控制系统软件源代码。(3)控制系统设计完成后,搭建实验平台,通过对气动刚柔性弯曲关节进行了位置静态控制、动态控制、输出力矩实验,验证控制算法和关节控制系统的控制性能。实验结果表明:采用本文研究的控制系统,关节位置静态控制时弯曲关节控制精度偏差在±0.16°之间,进行动态跟踪控制时最大稳态误差为0.24°,不同控制状态的稳态时间在0.8s内,并且通过系统对电气比例阀的气压控制可以实现对关节输出力/力矩控制,验证了模糊PID控制算法能有效应用于本系统。本文研究的基于FPA的气动刚柔性关节控制系统具有较快的响应速度,能够对关节输出力/力矩进行控制,并且保证控制精度。相较原有基于控制板卡的关节控制系统,系统具有小型化、集成化、兼容性好、成本低等特点,并且可良好地控制气动刚柔性关节,基本满足气动多指灵巧手的应用要求,为研发具有自主知识产权的ZJUT多指灵巧手控制系统奠定了基础。