【摘 要】
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带臂四旋翼无人机拥有快速机动的特点,具有在特殊环境下作业的能力,是无人机发展的一类方向。带臂无人机的性能受制于整机模型和控制系统复杂,近些年来吸引众多学者置身于此项研究。本文以带臂四旋翼无人机为研究对象,对其动力学模型的构建和稳定性控制系统展开研究。本文的主要研究内容如下:（1）机械臂动力学建模:建立一个3R关节机械臂,从建立空间坐标系入手,依次讨论了机械臂的空间坐标变换,运动学,动力学。主要应用
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带臂四旋翼无人机拥有快速机动的特点,具有在特殊环境下作业的能力,是无人机发展的一类方向。带臂无人机的性能受制于整机模型和控制系统复杂,近些年来吸引众多学者置身于此项研究。本文以带臂四旋翼无人机为研究对象,对其动力学模型的构建和稳定性控制系统展开研究。本文的主要研究内容如下:（1）机械臂动力学建模:建立一个3R关节机械臂,从建立空间坐标系入手,依次讨论了机械臂的空间坐标变换,运动学,动力学。主要应用了牛顿欧拉迭代动力学的相关知识,计算出机械臂运动学为后续带臂无人机整体的动力学模型提供基础理论支撑。（2）带臂无人机动力学模型:构建四旋翼无人机的动力学模型,并将机械臂与无人机以两种不同的方式组合在一起,分别建立其整体的动力学模型,其中涉及随时间变化的惯性张量矩阵的计算,这是带臂无人机的特别之处,整体的动力学模型会随着机械臂空间姿态的变化而变化。（3）机械臂最短时间抓取路径:机械臂抓取路径有无限多种,本文第三章介绍了了机械臂轨迹规划的方法,并根据边界限制条件,计算极值寻优,找出机械臂的最短规划路径。（4）机械臂最小能量抓取路径:根据变分学求极值的方法,表达出机械臂的耗能公式,然后应用欧拉拉格朗日方程及哈密顿雅克比矩阵理论解出方程的极值,即可得到最小能量消耗的路径,然后简单论述了最短时间路径和最小能量路径的选择方法。（5）带臂无人机的控制:本文创造性的提出了二次姿态追踪反步控制法,详细列出了推导过程,然后应用MATLAB/Simulink工具,对系统的控制算法进行验证。仿真证明了该理论的正确性。同时分别推导了机械臂和无人机两种不同组合方式下的控制方法,讨论了机械臂抓取过程。最后也给出了理论的不足和欠缺的部分。（6）实验验证:根据第二、三、四章的知识理论,搭建了一个简单的对比验证性的实验:悬停抓取抓取稳定性实验。进一步证明了本文理论的正确性。同时总结了本文内容。
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