走钢丝机器人姿态动力学建模与模糊滑模控制.pdf

《走钢丝机器人姿态动力学建模与模糊滑模控制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第31卷第4期计算机仿真2014年4月文章编号：1006-9348(2014)04-0394-04走钢丝机器人姿态动力学建模与模糊滑模控制段猛，贾娇，贾英民（北京航空航天大学第七研究室，北京100191）摘要：本文对走钢丝机器人姿态的模糊滑模控制问题进行了研究。利用第三类拉格朗日方法建立了走钢丝机器人的动力学模型，为克服模型的强非线性和模型参数难以测量等实际难题，本文基于合理的假设，简化出适合于模糊滑模控制技术的系统模型，并根据所建立的模型设计了模糊滑模控制器。MATLAB仿真表明本文所提出的控制策略有较好的跟踪效果。关键词：走钢丝机器人，拉格朗日方程，动力学模型，模糊滑模控制器中图分类号：

2、TP242文献标识码：BTightropeWalkerRobotAttitudeDynamicModelingandFuzzySlidingModeControlDUANMeng,JIAJiao,JIAYingmin(TheSeventhResearchDivision,BeihangUniversity(BUAA),Beijing100191,China)ABSTRAC：Inthispapertheproblemsoffuzzyslidingmodecontrolabouttightropewalkerrobotattitudearestudied.ThethirdLagrangemeth

3、odisappliedtoestablishthemodeloftightropewalkerrobot.Inordertoovercometheproblemssuchasstrongnonlinearityanddifficultyofmodelparametersmeasuring,thispapersimplifiesthesystemmodeltosuitforfuzzyslidingmodecontroltechnologybasedonthereasonableassumptionanddesignsthefuzzyslidingmodecontroller.TheMATLAB

4、simulationshowsthattheproposedcontrolstrategyhasagoodfolloweffect.KEYWORDS：Tightropewalkerrobot,Lagrangeequation,Dynamicmodel,Fuzzyslidingmodecontroller1引言2系统动力学建模走钢丝机器人作为机器人领域一个重要的研究对机器人在钢丝绳上行走，通过调整平横机构使得象，和其他机器人相比，该类型机器人对系统建模和机器人水平平衡，实现机器人在钢丝绳上的稳定行走。姿态控制的要求更高。走钢丝机器人系统自身具有多根据机器人的特性，建立图1所示坐标系，设地面参变

5、量、强耦合、高度非线性、欠驱动等特点，其系统考坐标系为∑oxyz，固连于大地；机器人本体坐标建模、姿态的静态不稳定性以及运动时的动态平衡问题一直是研究的热点和难点，系统的研究涉及到欠驱系为∑oxyz1111，固连于机器人本身，o1为过机器动柔性机器人的动力学建模、系统参数的在线辨识、人和平衡机构的综合质心c与钢丝绳相垂直的直线与自稳定平衡控制等机器人关键领域。在国内外公开发表的文献中，关于走钢丝机器人的研究并不多，为了钢丝绳的交点，坐标轴z1由o1指向机器人与平衡机进一步揭示该类机器人的动力学规律，提高其平衡性能，本文对此类机器人姿态的建模与控制问题开展了构的综合质心c；平衡机构坐标系为∑o

6、xyz2222，研究。c固连于平衡机构，为平衡机构的质心。θ为机器21基金项目:国家重点基础研究发展计划（973项目人相对机器人本体坐标系的转角，θ为平衡机构相对2012CB821200,2012CB821201）；国家自然科学基金（261134005,61221061,61327807）平衡机构坐标系的转角。收稿日期：2013-12-05—394—kdTTfa()Qjadtqjqja1qj(5)rAj,1其中j1,2,...S在式中k是完整约束的个数，r是非完整约束的数目，N是系统的自由度个数，T是系统的能量。q代表j图1机器人动力学分析图为使问题简

7、化，提出以下假设：1)机器人质心在机器人本体坐标系的位置不变；的是各个广义坐标，f表示完整约束的方程。A是非aj2)平衡机构是刚性的，质量均匀分布；3)平横机构质心在机器人本体坐标系的位置不变；完整约束方程的系数。Q是广义力。S是广义坐标的数j4)钢丝绳无晃动。设人体对通过脚底的转轴x1的转动惯量为J1，长杆目，a和是自由参数，可以根据需要进行设定。通过分析可知系统不存在非完整约束。所以k0,对通过