欠驱动机械臂轨迹跟踪控制实验研究

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欠驱动机械臂是一类含有被动关节,驱动数目少于系统自由度数目的机械系统,具有重量轻、成本低、能耗低及灵活性好等许多优点。因此,具有重要的理论研究意义与广阔的实际应用前景,越来越受到人们关注,成为机器人研究领域的新热点。   本文以三自由度欠驱动机械臂为研究对象,采用模糊控制方法,对其末端轨迹跟踪控制问题进行了仿真与实验研究。   首先,利用拉格朗日方程得到考虑关节摩擦的3R欠驱动机械臂动力学模型,并针对该机械臂末端圆弧与直线轨迹跟踪控制任务,基于模糊控制原理,设计了一种简单的模糊控制方法,将机械臂末端轨迹跟踪控制问题进行了分解,通过主动关节与被动关节之间的动力学耦合作用控制末端,使末端能够按照期望的轨迹运动。该方法具有参数调整容易,实时计算量小等优点。   然后,利用模糊控制方法,分别在无干扰与有干扰情况下对机械臂末端圆弧及直线轨迹跟踪任务进行了数值仿真分析。仿真结果表明:利用模糊控制方法,仿真不但达到了较高的控制精度,而且在控制过程中还具有较强的抗干扰能力。   最后,基于欠驱动机械臂实验平台系统,设计了实验控制界面。通过该控制界面以及实验平台系统,利用模糊控制方法,对机械臂末端圆弧与直线轨迹跟踪任务进行了实验研究。针对与仿真相对应的圆弧与直线跟踪任务,分别在无干扰与有干扰的情况下得到实验结果。结果表明:利用设计的模糊控制方法,在实验上,很好地完成了末端轨迹跟踪任务,而且,在实验控制过程中同样也具有较强的抗干扰能力,从而验证了所设计控制方法的有效性。  
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