欠驱动机器人是指控制输入数目少于系统自由度数目的一类机器人。由于被动关节没有驱动器,欠驱动机器人在提高机器人的灵活性、减轻重量、降低成本和能耗、增加结构紧凑性等方面为人们提供了新思路,成为当前机器人研究领域的前沿课题。柔性机器人适应了现代机械在轻质和高速等方面的要求,近些年得到了快速发展。然而,随着人们对机器人高速度、轻质量、低成本等方面要求的不断提高,同时考虑柔性和欠驱动特性的欠驱动柔性机器人成为机器人领域的一个新的研究方向。目前,大多数的研究集中在欠驱动刚性机器人和全驱动柔性机器人两个单独的领域,对欠驱动柔性机器人的研究才刚刚起步。 本文将欠驱动机器人和柔性机器人结合在一起,以欠驱动两自由度柔性机械臂为研究对象,建立了系统的动力学模型,分析了主、被动关节间的动力学耦合特性,从智能控制的角度出发,运用模糊控制方法对欠驱动柔性机器人关节位置的控制问题进行了研究,并开展了相关的实验研究。 1.用假设模态法,结合Lagrange第二类方程建立了具有柔性杆的欠驱动两自由度机械臂的关节空间动力学模型。在此基础上,分析了主、被动关节间的动力学耦合特性,比较了欠驱动刚性系统和柔性系统在加速度耦合指标上的差异,并指出了当被动关节处于不同位置时,动力学耦合性质将会发生改变。 2.运用模糊控制理论,研究了欠驱动两自由度机械臂关节位置的控制问题。在主、被动关节间动力学耦合特性分析的基础上,总结了模糊控制规则,并设计了相应的模糊控制器,对带有制动器的半自由被动关节和不带制动器的完全自由被动关节欠驱动两自由度机械臂提出了不同的位置控制策略。 3.搭建了基于DSP控制板的欠驱动机器人控制系统,编制了实验控制界面,并完成了半自由被动关节和完全自由被动关节欠驱动两自由度机械臂关节位置控制的实验研究。实验结果一方面表明本文所提出的模糊控制方法的有效性及良好的鲁棒性,算法简单,实时性好,另一方面也验证了动力学模型及动力学耦合特性分析理论的正确性。