平面两自由度欠驱动机器人的统一控制策略

龚翔宇; 黄自鑫; 危少奇; 曾霸

doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202303023

武汉工程大学学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1) : 93 -98. DOI: 10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202303023

平面两自由度欠驱动机器人的统一控制策略

龚翔宇, 黄自鑫, 危少奇, 曾霸

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摘要

针对平面两自由度欠驱动机器人运动过程中的稳定问题，提出一种基于轨迹规划和跟踪的统一控制策略。首先，平面两自由度欠驱动机器人由于被动关节位置不同可分为平面Acrobot和平面Pendubot两种结构，对这两种结构的平面两自由度欠驱动机器人建立统一的动力学模型，分析两种结构下的驱动连杆与欠驱动连杆之间的耦合约束关系。然后，设计由两个控制阶段组成的运动轨迹，第一阶段控制驱动连杆跟踪预定轨迹快速到达目标位置，第二阶段欠驱动连杆也同时被间接控制到目标状态，第一阶段运动轨迹与第二阶段运动轨迹在初始时刻和终止时刻的性质相同。第一阶段运动轨迹含有驱动连杆的初始和目标状态，第二阶段运动轨迹含有待优化的可调参数。设计驱动连杆控制器跟踪叠加轨迹，叠加轨迹的参数由智能算法优化得到，使得两个连杆可以同时控制目标轨迹。最后，进行实验仿真，结果证明该策略能够在更短的控制时间内，施加较小的控制力矩使连杆连续光滑的到达目标状态并保持系统稳定。