欠驱动三杆体操机器人是一种典型的欠驱动机械系统,具有高度复杂的非线性特性。由驱动关节通过动力学耦合关系带动非驱动关节,可以实现回转、摆起倒立等体操动作。由于三杆运动具有高度的复杂性,使得三杆体操机器人很难顺利地实现摇起倒立等动作。本文针对欠驱动三杆体操机器人系统的控制问题,研究摇起和平衡控制策略,通过进行实物设计,对控制策略进行验证分析。首先利用拉格朗日动力学方程建立三杆体操机器人的动力学模型,通过分析三杆体操机器人的动力学特性,进一步简化机器人摇起区和平衡区的划分规则。接着采用基于二次正定函数的方法设计摇起控制器,确保三杆体操机器人各杆姿态能满足进入平衡区的条件,采用LQR设计平衡控制器,从而实现机器人的控制目标。为进一步改善控制性能,提出了基于部分反馈线性化的摇起控制策略,结合基于LQR方法的平衡控制,实现机器人的控制目标。该控制策略具有摇起时间短、控制器之间过渡平稳和摇起控制器结构简单的优点。最后,进行机器人实物模型的设计,通过对实物模型进行控制仿真,确定模型机械本体、电机选型、编码器的选取及控制箱的选取。