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欠驱动机械臂系统是一种二阶非完整约束系统，属于不完全可控系统。欠驱动关节的存在，使得在欠驱动机械臂运动学中的雅克比矩阵失去了从关节空间向操作空间映射的对应关系，所以这类机械臂的控制难度大大增加。与全驱动机械臂相比，驱动器数目的减少使得这机械臂具有重量轻、能耗低、运动灵活等特点。因此，欠驱动机械臂的控制研究吸引了越来越的学者，成为机器人和自动控制领域的研究热点。 本文以含有一个被动关节的平面4R欠驱动机械臂为研究对象，基于模糊控制原理设计了一种位姿控制方法，在仿真和实验两个方面进行了研究，实现了对平面4R欠驱动机械臂的轨迹跟踪和姿态控制，被动杆的姿态角在50°范围内变化，有效轨迹长度大于500mm。主要研究内容如下: (1)根据平面4R欠驱动机械臂的动力学方程，分析了欠驱动机械臂的动力学性能特点。利用主动关节和被动关节之间的动力学耦合作用，分别制定了轨迹跟踪和姿态控制的模糊规则，并确定了针对直线和圆弧两类轨迹的位姿控制策略。基于模糊控制理论设计了轨迹跟踪控制器和姿态控制器，并确定了控制系统的结构和控制流程。 (2)建立了4R欠驱动机械臂的ADAMS虚拟样机，通过添加约束和设置物理参数使该模型接近真实的物理特性。根据前面设计的控制流程，在SIMULINK环境下搭建了4R欠驱动机械臂位姿控制的仿真系统，调用机械臂的ADAMS虚拟机模型，进行了直线和圆弧两类轨迹的仿真分析。结果分析表明，这种位姿控制方法可以实现的4R欠驱动机械臂的轨迹跟踪和姿态控制。 (3)根据位姿控制策略，设计了4R欠驱动机械臂的位姿控制系统;把该控制系统移植到基于GT-400-SV运动控制器的四自由度机械臂实验台上，搭建了欠驱动机械臂位姿控制的实验系统。利用该实验系统进行了直线和圆弧两类轨迹的实验研究。实验和仿真数据的对比分析说明:这种位姿控制方法能够实现平面4R欠驱动机械臂的轨迹跟踪和姿态控制。