欠驱动摆式机器人的运动规划与跟踪控制研究

项目名称： 欠驱动摆式机器人的运动规划与跟踪控制研究

项目编号： No.61304023

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 张安彩

作者单位： 临沂大学

项目金额： 24万元

中文摘要： 本项目以欠驱动摆式机器人为对象，研究机器人由初始点到目标点的运动规划与跟踪控制问题。首先，利用虚拟摩擦与倒转的方法,为二自由度欠驱动摆式机器人构造一条优化的期望运动轨迹。其次，提出n(n>2)自由度欠驱动摆式机器人的一种降阶控制方法，并将此方法与二自由度摆式机器人优化轨迹的设计方法相结合，进而为n自由摆式机器人构造一条优化的期望轨迹。然后，提出跟踪控制器的设计方法，使欠驱动摆式机器人渐近跟踪期望轨迹，实现机器人的优化运动控制目标。最后，构建数值仿真与实验控制系统，验证理论方法的有效性和实用性。通过本项目的研究，将为欠驱动摆式机器人建立一套全新的运动规划及跟踪控制方法，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

中文关键词： 欠驱动机械系统；摆式机器人；运动轨迹规划；跟踪控制器；渐近稳定性

英文摘要： This project will investigate the problems of motion planning and tracking control for underactuated pendulum-type robot (UPR) from the start point to the target point. First, we construct a time-optimal motion trajectory for the UPR with two degrees of freedom (DOF) by using artificial friction and a rewinding approach. Next, we present a reduced-order control method for the n-DOF (n>2) UPR. Combining this method and the method of designing time-optimal trajectory act on the 2-DOF UPR yields a desired time-optimal trajectory for n-DOF UPR in the motion space. After that, we develop the method of designing tracking controller, which drive the UPR to asymptotically track the desired motion trajectory. And thus, the optimal motion control objective of the UPR from the start point to the target point is achieved. Finally, we construct the numerical and experimental control systems that demonstrate the validity and practicability of our proposed theoretical method. The objective of this project is to develop a new motion planning and tracking control method for UPR. The outcomes of this project are significant in both theory and application.

英文关键词： Underactuated mechanical systems；pendulum-type robot；motion trajectory planning；tracking controller；asymptotic stability