走钢丝机器人姿态动力学建模与模糊滑模控制-论文.pdf

《走钢丝机器人姿态动力学建模与模糊滑模控制-论文.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：对走钢丝机器人姿态的模糊滑模控制问题进行了研究。在静力学分析的基础上，利用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，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，所提出的控制策略有较好的跟踪效果。为了进一步验证控

2、制策略的可行性，进行了实物样机的实验验证，实验和仿真结果基本吻合。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：TP242文献标识码：BTightropeWalkerRobotAttitudeDynamicModelingandFuzzySlidingModeControlDUANMeng，JIAJiao，JIAYingmin(TheSeventhResearchDivision，BeihangUniversity(BUAA)，Bering100191，China)ABSTRACT：Inthispaper，the

3、problemsoffuzzyslidingmodecontrolabouttightropewalkerrobotattitudewerestudied．TheLagrangemethodwasappliedtoestablishthemodeloftightropewalkerrobotonthebaseofstaticanaly—sis．Inordertoovercometheproblemssuchasstrongnonlinearityanddificultyofmodelparametersmeasuring．thispaper

4、simplifiedthesystemmodeltosuitforfuzzyslidingmodecontroltechnologybasedonthereasonableassumptionanddesignedthefuzzyslidingmodecontroller．TheMATLABsimulationshowsthattheproposedcontrolstrategyhasgoodfollowefect．Inordertofurthervalidatethefeasibilityofcontrolstrategy，thecont

5、rollerwasverifiedonphysicalprototype，theresultsofexperimentandsimulationarebasicallymatched．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象，和机器人在钢丝绳上行走，通过调整平横机构使得机器人其它机器人相比，该类型机器人对系统建模和姿态控制的要水平平衡，实现机器人

6、在钢丝绳上的稳定行走。根据机器人求更高。走钢丝机器人系统自身具有多变量、强耦合、高度的特性，建立图1所示坐标系，设地面参考坐标系为oxyz，非线性、欠驱动等特点，其系统建模、姿态的静态不稳定性以固连于大地；机器人本体坐标系为∑01Y，固连于机器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动柔性机器人的动力学建模、系统参数的在人本身，0为过机器人和平衡机构的综合质心c与钢丝绳相线辨识、自稳定平衡控制等机器人关键领域。在国内外公开垂直的直线与钢丝绳的交点，坐标轴z由0指向机器人与平发表的文献中，关于走钢丝机器人的研究并不多

7、，为了进一衡机构的综合质心c；平L--一A-：系为∑02：Y2zz，固连于步揭示该类机器人的动力学规律，提高其平衡性能，本文对平衡机构，c：为平衡机构的质心。0．为机器人相对机器人本此类机器人姿态的建模与控制问题开展了研究。体坐标系的转角，为平衡机构相对平衡机构坐标系的转角。基金项目：国家重点基础研究发展计划(973项目：2012CB821200、2．1走钢丝机器人的静力学分析2012CB821201)；国家自然科学基金(61134005、61221061、61327807)为使问题简化，提出以下假设：收稿日期：2013—12—051)机器

8、人质心在机器人本体坐标系的位置不变；—-——394-——z=+e=[三]c7me，e：’为坐标轴的单位向量，且㈣图1机器人静力学分析图2)平衡机构是刚性的，质量均匀分布；3)平横