基于模型降阶与链式结构的平面欠驱动机械臂位姿控制

作     者：刘东 万雄波 王亚午 赖旭芝 吴敏 Dong LIU;Xiongbo WAN;Yawu WANG;Xuzhi LAI;Min WU

作者机构：中国地质大学(武汉)自动化学院武汉430074 复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室武汉430074 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:61773353) 青年科学基金(批准号:61903344) 湖北省自然科学基金创新群体(批准号:2015CFA010) 高等学校学科创新引智计划(批准号:B17040)资助项目 

出 版 物：《中国科学：信息科学》 (Scientia Sinica(Informationis))

年 卷 期：2020年第50卷第5期

页      码：718-733页

摘      要：针对第三关节为被动的平面四连杆(active-active-passive-active,简称AAPA)欠驱动机械臂的位姿控制问题,提出一种基于模型降阶与链式结构的控制策略.整个控制过程被划分为3个阶段.第1阶段,通过控制第四连杆的角度至零,将平面AAPA机械臂降阶为平面虚拟四连杆(active-activepassive,简称AAP)欠驱动机械臂.第2阶段,首先将平面虚拟AAP机械臂的模型转换为标准链式结构形式.然后,设计相应的控制器将平面虚拟AAP机械臂的被动关节控制至其目标位置,同时,将被动连杆的姿态角控制至中间姿态角,从而将平面AAPA机械臂进一步降阶为平面Acrobot.第3阶段,控制平面Acrobot驱动连杆的角度至其目标角度,连带实现对被动连杆的角度控制,最终实现平面AAPA机械臂的位姿控制目标.考虑到平面Acrobot存在角度约束,因此,利用遗传算法协调与优化被动关节的目标位置、被动连杆的中间姿态角、第四连杆的目标角度与被动连杆的目标姿态角,确保平面Acrobot对于系统目标位姿的目标角度解存在.最后,通过仿真验证控制策略的有效性.

主 题 词：平面四连杆欠驱动机械臂 位姿控制 模型降阶 链式结构 遗传算法 

学科分类：0810[工学-土木类] 0808[工学-自动化类] 080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 0702[理学-物理学类] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SSI-2019-0094

馆 藏 号：203922963...