[发明专利]一种2R欠驱动平面机械臂的控制方法

摘要

本发明公开了一种2R欠驱动平面机械臂的控制方法，其通过动力学分析主动臂与欠驱动臂之间的耦合关系，建立欠驱动系统动力学方程，然后将控制目标分两个阶段完成：当欠驱动平面机械臂处于起摆区域时，按照时间最短原理设计性能指标函数，然后根据此性能指标函数设计Hamilton函数方程，最后将此Hamilton函数方程联立系统动力学方程，通过计算机求解得到起摆区控制律；而在可线性化区域内，将非线性系统近似为线性化系统，按照线性二次型镇定调节器原理设计可线性化区域控制律，使欠驱动平面机械臂能够稳定在竖直向上的平衡点。本发明在保证2R欠驱动平面机械臂能够实现稳定在竖直向上平衡点的前提下，极大的缩短了2R欠驱动平面机械臂的控制时间。

主权项

1.一种2R欠驱动平面机械臂的控制方法，其特征在于，包括：步骤1：根据二连杆平面臂动力学方程，针对2R欠驱动平面机械臂建立动力学模型；其中，所述2R欠驱动平面机械臂的第一关节为被动臂，其第二关节为主动臂，且所述动力学模型与第一关节和第二关节运动时的状态变量、第一关节和第二关节的结构参数相关；步骤2：将2R欠驱动平面机械臂的运动区域分为起摆区域和可线性化区域；步骤3：判别2R欠驱动平面机械臂所处区域，对2R欠驱动平面机械臂进行分区域控制；当判别2R欠驱动平面机械臂处于起摆区域时，驱动元件输出第一力矩τ1，使2R欠驱动平面机械臂在最短时间内进入可线性化区域；其中，所述第一力矩τ1的计算方法为：首先按照时间最短原理确定性能指标，并根据所述性能指标和所述动力学模型建立Hamilton函数方程，将所述Hamilton函数方程联立所述动力学模型，计算出所述第一力矩τ1；当判别2R欠驱动平面机械臂处于可线性化区域时，驱动元件输出第二力矩τ2，使2R欠驱动平面机械臂稳定在竖直向上的位置；其中，所述第二力矩τ2的计算方法为：将所述动力学模型近似成线性系统模型，基于线性二次型调节器原理对所述线性系统模型进行计算，计算出所述第二力矩τ2。