平面三自由度欠驱动机器人轨迹跟踪控制.pdf

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1、第12期组合机床与自动化加工技术NO．122012年12月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueDec．2012文章编号：1001—2265(2012)12—0082—03平面三自由度欠驱动机器人轨迹跟踪控制胡毅，余跃庆(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124)摘要：对平面3R欠驱动机器人的轨迹跟踪控制问题进行了研究，该机器人有两个驱动关节和一个自由关节。利用拉格朗日方程建立了该机器人的动力学模型。依据该动力学模型，分析了该类机器人的特点，并设计了一种模糊控制方法。控制系统根据模糊逻辑控制器输

2、出量得到主动关节的控制力矩。利用主动关节和被动关节之间的动力学耦合作用，控制被动关节，以实现机器人末端的直线轨迹跟踪任务。采用该控制方法，对控制过程进行了数值仿真，结果表明该方法具有可行性。关键词：欠驱动机器人；轨迹跟踪；模糊控制；动力学耦合中图分类号：TH121；TP24文献标识码：ATrajectoryTrackingControlofa3一DOFHorizontalUnderactuatedRobotHUYi．YUYue—qing(CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology，Beijin

3、gUniversityofTechnology，Beijing100124，China)Abstract：Astudyofcontrollingthetrajectorytrackingofa3Rhorizontalunderactuatedrobotisinvesti—gated；therobothastwoactuatedjointsandafreejoint．ThedynamicmodeloftherobotisestablishedwithLagrangeequitation．Basedonthedynamicmodel，thepropertyofthiskind

4、ofrobotisanalyzed；afuzzycontrolmethodisdesigned．ThecontroltorqueoftheactivejointsisdeterminedbytheontrIutpa—rametersoffuzzylogiccontroller．Applyingthedynamiccouplingoftheactivejointsandpassivejoint，thepassivejointiscontrolled；thelineartrajectorytrackingoftherobotisachieved．Usingthiscontro

5、lmethod，thecourseofcontrollingissimulated；theresultsshowthattheproposedmethodisefective．Keywords：underactuatedrobot；trajectorytracking；fuzzycontrol；dynamiccoupling性问题。Arai等利用构造轨迹方法证明了平面3R0引言欠驱动机器人是可控的，并运用反馈控制策略实现欠驱动机器人是一类含有被动关节，驱动关节对平面3R机器人的位置控制。何广平。等提出了数目小于关节总数，能用较少的驱动装置完成复杂两种欠驱动机械臂位置控制的

6、谐波函数控制方法。任务的机械系统，驱动的减少使系统总质量减少，同刘庆波⋯等针对欠驱动机器人的运动控制问题，提时又节省了能源，特别是在太空和水下机器人系统出了一种基于遗传算法的模糊控制新方法。以上文以及仿生机器人等研究领域具有广阔的应用前景，献主要集中在被动关节的位置控制上。在实际应用因此此类机器人越来越成为人们研究的热点。中，欠驱动机器人的末端轨迹控制是十分重要的，因欠驱动系统本质是非线性系统，满足Brockett条此有必要在相关方面做更深入的研究。件，即不存在光滑的状态反馈控制律使系统稳定本文以末端关节是欠驱动的平面3R机器人为在平衡点上，因此欠驱动系统的控制问题要比一

7、般研究对象，对其末端轨迹跟踪控制问题进行研究，根的非线性问题更加复杂和困难，必须设计新的工具据欠驱动系统的特征并基于模糊理论设计一种控制和方法。目前，还没有通用的理论来研究欠驱动机方法对其进行运动控制。在仿真层面实现规划的直器人的运动规划和控制。Oriolo等。。论证了含有自线轨迹以验证控制方法的可行性。由的动力学约束一般情况下是不可积的，因此为二1动力学模型阶非完整系统。DeLuea等研究了第一个关节受驱动，而第二个关节为被动的2R、PR机械臂的稳定平面3R欠驱动机器人结构如图1所示。第1、2收稿日期：2012—02—03基