欠驱动机器人的两种新型控制方法研究

【摘要】： 欠驱动机器人顾名思义,它的部分关节没有驱动装置,也就是说,有些关节是被动的,也称自由的。它的主要特点是输入空间维数小于构造空间维数,其被动关节的约束方程是加速度不可积的,具有二阶非完整约束特性。相比于全驱动机器人,控制的难度增加了。这种机器人的优点是显而易见的,由于设计时减少了驱动装置,机器人的重量减轻了,成本降低了,灵活性增加了,结构更加紧凑,减少了能源的消耗,这些优点使欠驱动机器人很有研究价值,成为机器人研究领域的热点。 本文以欠驱动机器人为被控对象,进行了位置跟踪控制研究,主要完成了以下几个方面的工作: 研究了两连杆欠驱动机器人系统的拉格朗日动力学模型。建立了欠驱动机器人系统的T-S模糊模型,将非脆弱控制、保性能控制以及H_∞控制的思想相结合,给出了基于T-S模糊模型的欠驱动机器人非脆弱保性能H_∞控制器。该模糊控制器不仅能保证闭环系统稳定和一定的二次型性能指标上界,而且具有非脆弱特性和H_∞意义下的干扰抑制作用。仿真结果表明在该控制律的作用下,即使系统具有扰动和控制器参数发生摄动,仍然可以有效的实现位置跟踪。 研究了平面三连杆欠驱动机器人系统的拉格朗日动力学模型。将有限时间控制,神经网络控制及自适应控制思想相结合,给出了具有模型不确定性的非线性欠驱动机器人系统的有限时间神经网络自适应控制器。该控制器采用RBF网络逼近模型的不确定性,利用自适应方法在线调节神经网络的权值,因此具有很强的鲁棒性。仿真结果表明在该控制律的作用下,系统可以在有限的时间内有效地实现位置跟踪。