欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人控制策略研究.pdf

1、本論文以欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人為對(duì)象，研究欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的控制策略。欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人以其重量輕、成本低、能耗少等眾多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)機(jī)器人、太空機(jī)器人及外星探索等應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本論文針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人現(xiàn)有控制方法存在的問題，分析欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人的內(nèi)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(diào)節(jié)的控制策略，為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)三

2、連桿機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，并分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)特性劃分運(yùn)動(dòng)區(qū)間為搖起區(qū)和平衡區(qū)。
　　 接著，在搖起區(qū)針對(duì)欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)控制律分別控制部分連桿姿態(tài)和能量；同時(shí)設(shè)計(jì)模糊控制器調(diào)節(jié)能量控制律的設(shè)計(jì)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(diǎn)所具有的勢能并進(jìn)入吸引區(qū)。吸引區(qū)內(nèi)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(diǎn)。
　　

3、隨后，為解除欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人在搖起控制中能量與部分連桿狀態(tài)、力矩間的強(qiáng)耦合關(guān)系，將搖起區(qū)進(jìn)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(shè)計(jì)控制律調(diào)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(yīng)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行獨(dú)立的控制；在搖起子區(qū)間二，設(shè)計(jì)控制律增加系統(tǒng)能量至豎直向上的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)所具有的勢能，使系統(tǒng)能順利進(jìn)入吸引區(qū)。
　　 最后，為了使系統(tǒng)快速進(jìn)入吸引區(qū)范圍，提出一種基于能量解耦與姿態(tài)調(diào)節(jié)