2r欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

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1、第49卷第23期机械工程学报Vlo1．49N0．232013年12月JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGDec．2013DoI：1O．3901／JME．2013．23．0802R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究木陈炜1,2余跃庆赵新华张西正2侍才洪2(1．天津理工大学机械工程学院天津300384；2．军事医学科学院卫生装备研究所天津300161：3．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂，提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象，建立机械臂

2、的假设模态动力学模型，分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换，研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略，采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后，基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统，完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明，主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值，进而实现机械臂的操作任务，验证了所提控制方法的可行性和有效性，以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。关键词：欠驱动机械臂柔性位置控制PID中图分类号：TP24PositionControlStrategyandExper

3、imentalResearchofA2RUnderactuatedPlanarFlexibleManipulatorCHENWei，YUYueqingZHAOXinhuaZHANGXizhengSHICaihong(1．SchoolofMechanicalEngineering，TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384；2．InstituteofMedicalEquipmentofAcademyofMilitaryMedicalSciences，Tianjin300161；3．CollegeofMechanicalEngineer

4、ing&AppliedElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Asimplepositioncontrolstrategyinstagesispresentedfortheunderactuatedplanarmanipulatorwithpassivejointsandflexiblelinks．TheassumedmodedynamicmodeliSestablishedofa2Runderactuatedmanipulatorwithasecondflexibl

5、elinkandasecondpassivejoint．Thedynamiccouplingcharacteristicsandthecontrollabilityofthissystemareanalyzed．Thepositioncontrolstrategyofthismanipulatorisinvestigatedinstagesbasedontheswitchofthebrakeatthepassivejoint．Andthecorrespondingalgorithmsofboththeactiveandpassivejointsaredesignedbyusi

6、ngthePIDmethod．Finally,onthebasisofaself-designedexperimentalsetupofanunderactuatedplanarmanipulator,thepositioncontrolofthis2Runderactuatedplanarflexiblemani~，ulatorisexperimentallycompleted．Thesimulativeandexperimentalresultsillustratethattheactiveandpassivejointscantrackthetargetsperfect

7、lyinrespectivestageandtheoperationaltaskofthismanipulatorCanbeimplemented，whichverifytheeffectivenessoftheproposedmethodandthecorrectnessofthedynamicmodeloftheunderactnatedflexiblemanipulator．Keywords：UnderactuatedmanipulatorFlexiblePositioncontrolPID度个数