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中文摘要：
欠驱动机器人在重力环境中可实现三维空间的人机合作，是辅助操作机器人的一种重要形式（COBOT）；它在微重力环境中可实现独立运动，对航天机器人系统的容错技术研究有重要价值。欠驱动机构控制是变胞机构实现机构自动重构所必须解决的关键技术之一。本项目针对欠驱动机器人和欠驱动机构实际应用中的基础理论问题，研究柔性欠驱动冗余度机器人二阶非完整约束的可积性、非完整冗余性、机构的自重构方法和系统运动的非线性动力学行为，并进一步探索这种机器人系统可行的运动规划和控制方法。其研究成果可为欠驱动机器人和欠驱动机构的实际应用提供理论依据和技术基础。
结论摘要：
欠驱动机器人是指控制数目少于机器人机构自由度数目的一类机器人系统。由于采用了较少的驱动元件，这类机器人系统具有重量轻、比刚度大、运动灵活性高等特点，在航天、水下等微重力应用领域有重要应用前景。本项目主要研究零重力条件下欠驱动机械臂系统的指数稳定控制方法、考虑结构弹性条件下欠驱动机械臂的非线性动力学特征和应用、欠驱动冗余自由度机械臂的非完整冗余度特征，以及利用非完整约束自运动实现柔性欠驱动机械臂振动控制的原理和方法。研究表明，采用幂零近似和时变反馈能实现有自由被动关节的欠驱动机械臂系统的指数稳定控制，并在一定条件下可简化为时变多项式反馈控制。基于这一具有普遍实用性的二阶非完整约束欠驱动机械系统的控制方法，揭示了欠驱动冗余度机械臂具有非完整冗余性，证明在一定条件下，欠驱动冗余度机械臂同样能完成运动学自运动，从而实现与全驱动冗余度机械臂类似的灵活运动性能。在考虑结构柔性条件下，进一步揭示了柔性欠驱动冗余度机械臂系统具有自运动相容内共振现象，基于这一原理通过时变反馈控制实现了机械臂操作空间轨迹的高精度控制。本项目还把研究推广到一种由双臂驱动的欠驱动弹性单腿跳跃机器人系统，并进行了初步实验研究。
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