单电机驱动的两自由度关节及其控制方法的研究的任务书.docx

单电机驱动的两自由度关节及其控制方法的研究的任务书
任务书
一、任务背景和意义
在工业自动化、医疗机器人、智能家居等领域中，需要使用关节式机器人来完成不同的任务。关节式机器人由各种关节和连接构成，机器人的灵活性取决于关节的自由度。多数机器人系统需要大量的执行器来完成关节的自由运动，这带来成本和复杂性的问题。为了降低机器人系统成本和增强系统控制精度，一些研究人员提出了利用单电机进行驱动的两自由度关节设计方案。因此，本次任务的意义在于深入研究单电机驱动的两自由度关节及其控制方法。
二、任务目的
本次任务的主要目的是设计和研究单电机驱动的两自由度关节的设计方案和控制方法。任务分为以下三个主要部分：
1.设计两自由度驱动模型
2.研究单电机驱动的两自由度关节控制方法
3.利用模型仿真并在实验平台上验证控制方法
三、任务内容
1.两自由度驱动模型的设计
设计一种能够利用一个电机驱动的两自由度关节机构的机械结构以及运动学模型，考虑机械臂的结构和运动学特性。
2.单电机驱动的两自由度关节控制方法的研究
基于驱动模型，研究单电机驱动的两自由度关节的运动控制方法，包括位置、速度和力控制等。此外，还需要解决单电机驱动时的机械耦合和运动不平稳等问题。
3.模型仿真与实验验证
设计相应的控制算法，并在MATLAB或Simulink环境下进行仿真，验证算法的合理性。可采用Arduino开发板搭建实验平台，在实际条件下验证控制算法的稳定性和有效性。
四、预期成果
1.单电机驱动的两自由度关节设计方案，包括机械结构和运动学模型。
2.单电机驱动的两自由度关节控制算法，包括位置、速度和力控制等。
3.推导出的算法在MATLAB或Simulink环境下的仿真模型和实验平台。
4.本次任务研究成果经过实验验证的相关论文和报告。
五、任务组成及时间安排
1.设计两自由度驱动模型（2周）
2.研究单电机驱动的两自由度关节控制方法（4周）
3.利用模型仿真并在实验平台上验证控制方法（6周）
4.撰写研究成果相关论文和报告（2周）
六、任务要求
1.队伍规模不少于3人，其中至少有一名博士/硕士生。
2.队员需要具备机械设计、运动学和控制等方面的知识。
3.任务完成需要专业的硬件条件，包括机械加工、电路设计和控制系统的实现。
4.任务完成后需形成相关的技术文档和成果报告，能够在国内外会议上或期刊上发表论文为佳。