[發明專利]一種2R欠驅動平面機械臂的控制方法在審
| 申請號： | 201810244062.5 | 申請日： | 2018-03-23 |
| 公開（公告）號： | CN108466267A | 公開（公告）日： | 2018-08-31 |
| 發明（設計）人： | 張志飛;劉士亞;王能 | 申請（專利權）人： | 佛山科學技術學院 |
| 主分類號： | B25J9/16 | 分類號： | B25J9/16 |
| 代理公司： | 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100 | 代理人： | 羅毅萍;汪庭飛 |
| 地址： | 528000 廣東省佛山市*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 平面機械 欠驅動 性能指標函數 線性化區域 函數方程 豎直向上 原理設計 控制律 平衡點 動力學方程 動力學分析 非線性系統 欠驅動系統 系統動力學 線性化系統 控制目標 欠驅動臂 耦合關系 調節器 主動臂 求解 近似 計算機 保證 | ||
1.一種2R欠驅動平面機械臂的控制方法，其特征在于，包括：
步驟1：根據二連桿平面臂動力學方程，針對2R欠驅動平面機械臂建立動力學模型；其中，所述2R欠驅動平面機械臂的第一關節為被動臂，其第二關節為主動臂，且所述動力學模型與第一關節和第二關節運動時的狀態變量、第一關節和第二關節的結構參數相關；
步驟2：將2R欠驅動平面機械臂的運動區域分為起擺區域和可線性化區域；
步驟3：判別2R欠驅動平面機械臂所處區域，對2R欠驅動平面機械臂進行分區域控制；
當判別2R欠驅動平面機械臂處于起擺區域時，驅動元件輸出第一力矩τ1，使2R欠驅動平面機械臂在最短時間內進入可線性化區域；其中，所述第一力矩τ1的計算方法為：首先按照時間最短原理確定性能指標，并根據所述性能指標和所述動力學模型建立Hamilton函數方程，將所述Hamilton函數方程聯立所述動力學模型，計算出所述第一力矩τ1；
當判別2R欠驅動平面機械臂處于可線性化區域時，驅動元件輸出第二力矩τ2，使2R欠驅動平面機械臂穩定在豎直向上的位置；其中，所述第二力矩τ2的計算方法為：將所述動力學模型近似成線性系統模型，基于線性二次型調節器原理對所述線性系統模型進行計算，計算出所述第二力矩τ2。
2.根據權利要求1所述的2R欠驅動平面機械臂的控制方法，其特征在于：
當第一關節與豎直向上的方向的夾角小于30度、第二關節與第一關節之間的夾角小于30度、第一關節的角速度小于30度每秒，且第二關節的角速度小于30度每秒時，判別2R欠驅動平面機械臂處于可線性化區域，否則判別2R欠驅動平面機械臂處于起擺區域。
3.根據權利要求1所述的2R欠驅動平面機械臂的控制方法，其特征在于：
所述動力學模型為：
式中，f1(x)、f2(x)、b1(x)、b2(x)為與所述第一關節和第二關節的運動狀態變量相關的動力學參數，τ表示驅動元件輸出的力矩，x為所述第一關節和第二關節的運動狀態變量的合集，即x＝[x1,x2,x3,x4]，x1表示第一關節的轉動角度，x2表示第二關節的轉動角度，x3表示第一關節的角速度，x4表示第二關節的角速度，表示第一關節的加速度，表示第二關節的加速度；
式中，c1,c2,c3,c4為與所述第一關節和第二關節的結構常量相關的動力學參數：
c1＝m1lc12+m2l12+I1，c2＝m1lc22+I2，c3＝m2l1lc2，c4＝m1lc1+m2l1，c5＝m2lc2；
式中，m1表示第一關節的質量，l1表示第一關節的長度，lc1表示第一關節的質心與遠離驅動元件的端點的距離，I1表示第一關節的轉動慣量，m2表示第二關節的質量，l2表示第二關節的長度，lc2表示第二關節的質心與遠離驅動元件的端點的距離，I2表示第二關節的轉動慣量。
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