梁 浩，余跃庆

（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124）

基于模糊控制的3R欠驱动机器人轨迹跟踪研究*

梁 浩，余跃庆

（北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京 100124）

对水平运动的3R欠驱动机器人轨迹跟踪控制问题进行了研究。设计了Mamdani型模糊控制器和一种复合型Fuzzy-PID控制器，利用主、被动关节的动力学耦合规律实现对末端点的轨迹跟踪控制。复合控制器设有两个模态，当误差大于所设阀值时采用Mamdani型模糊控制以获得较高的瞬态性能，当误差小于所设阀值时采用PID控制以获得较高的稳态性能。在ADAMS中建立欠驱动机器人的虚拟样机模型，在MATLAB中建立复合型模糊控制系统，通过二者的联合仿真进行验证。结果表明：和Mamdani型模糊控制相比，复合型Fuzzy-PID控制器消除了系统的稳态误差，提高了轨迹跟踪的控制精度。

欠驱动机器人；动力学耦合；Fuzzy-PID控制；轨迹跟踪

0 引言

欠驱动机器人是独立控制输入数目少于系统自由度的机械系统，由于减少了驱动装置，具有质量轻、能耗低、仿生性强等优点［1-2］，对其进行轨迹跟踪控制在生产实践中有重大的现实意义。但由于欠驱动系统受到二阶非完整约束，其特殊的非线性结构，满足Brockett条件［3］，不存在光滑的状态反馈控制规律使系统镇定在平衡点上。因此，无法通过运动学方法直接控制被动关节，只能从动力学角度进行控制。而其被动关节的加速度仅受到来自其他主动关节的动力学约束，导致系统缺乏对任意状态空间轨迹的跟踪能力，大大增加了控制系统的设计难度。……