欠驅動三連桿機器人控制策略研究.pdf

1、本論文以欠驅動三連桿機器人為對象，研究欠驅動機械系統(tǒng)的控制策略。欠驅動三連桿機器人以其重量輕、成本低、能耗少等眾多優(yōu)點，在工業(yè)機器人、太空機器人及外星探索等應用領域具有良好的應用前景。本論文針對欠驅動三連桿機器人現(xiàn)有控制方法存在的問題，分析欠驅動三連桿機器人的內在特性，提出基于能量的模糊控制、基于能量解耦的控制策略和基于能量解耦與姿態(tài)調節(jié)的控制策略，為欠驅動機械系統(tǒng)控制提供有效的新方法。
　　 首先，利用拉格朗日方程建立欠驅動三

2、連桿機器人的動力學模型，并分析系統(tǒng)的運動特性，依據(jù)系統(tǒng)運動特性劃分運動區(qū)間為搖起區(qū)和平衡區(qū)。
　　 接著，在搖起區(qū)針對欠驅動三連桿機器人的兩個驅動關節(jié)設計控制律分別控制部分連桿姿態(tài)和能量；同時設計模糊控制器調節(jié)能量控制律的設計參數(shù)，使系統(tǒng)能量能收斂到在豎直向上的不穩(wěn)定平衡點所具有的勢能并進入吸引區(qū)。吸引區(qū)內采用基于LQR(Linear QuadraticRegulator)的平衡控制律將系統(tǒng)穩(wěn)定在豎直向上平衡點。
　　

3、隨后，為解除欠驅動三連桿機器人在搖起控制中能量與部分連桿狀態(tài)、力矩間的強耦合關系，將搖起區(qū)進一步劃分為搖起子區(qū)間一和搖起子區(qū)間二。在搖起子區(qū)間一，設計控制律調整部分連桿姿態(tài)直至與前一桿保持自然伸展，使系統(tǒng)的能量和這部分連桿狀態(tài)能夠通過相應驅動進行獨立的控制；在搖起子區(qū)間二，設計控制律增加系統(tǒng)能量至豎直向上的不穩(wěn)定平衡點所具有的勢能，使系統(tǒng)能順利進入吸引區(qū)。
　　 最后，為了使系統(tǒng)快速進入吸引區(qū)范圍，提出一種基于能量解耦與姿態(tài)調節(jié)