基于弹性关节的二自由度机械臂建模与控制研究

针对传统弹性关节存在的问题，提出了一种新的弹性关节，并在此基础上设计了一款二自由度机械臂。首先，对基于优化后的弹性关节系统进行了数学模型分析，进而给出了可靠的控制方式；然后，以弹性关节为基础，提出了二自由度机械臂的机械结构设计和位置控制算法，并给出了机械臂样机，采用双回路控制方案设计了机械臂的控制算法；其中，内环采用模型参考自适应控制器(MRAC)来处理系统参数的不确定性，外环采用模糊比例积分控制器(FPIC)来减小外部扰动对负载的影响；最后，为了验证该控制算法对弹性关节以及机械臂的适用性，利用MATLAB对二自由度机械臂系统进行计算仿真实验。研究结果表明：所提出的控制器概念具有响应速度快、误差小的优点，且当存在外部干扰时，FPIC-MRAC控制器的响应明显优于PID控制器，控制器能够很好地保持机械臂系统的稳定；该结果验证了此控制算法的有效性。