摘要
机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某些操作和移动作业任务
的机械装置。而机械臂作为机器人最主要的执行机构，是一个十分复杂的多输入
多输出非线性系统,它具有时变、强耦合和非线性的动力学特征，因其控制的复
杂性引起了相关从业人员的广泛关注。随着时代的进步，像军事制造、工业生产、
日常生活及教育娱乐等各个领域对机器臂控制技术应用需求逐渐加大，从而使得
设计一套工作空间大，运动灵活的多自由度机器臂尤为重要。
机械手臂运行轨迹追踪控制技术有包括：adaptivecontrol(自适应控制)、
smvsc(滑模变结构控制)、Robustadaptivecontrol(鲁棒自适应控制)、Fuzzy
adaptive(模糊自适应）等四大类。本文主要运用模糊PID控制设计二自由度机械
臂控制算法，该控制方法具有模糊控制灵活和适应性强的优点，也具有经典PID
控制精度高的特点。
本文围绕二自由度机械臂控制算法设计，首先建立二自由度关节型机械臂的
数学模型，即二自由度机械臂输入驱动力矢量和输出转动角度矢量之间的函数关
系。然后运用模糊PID控制设计一套机械臂轨迹规划算法，能够根据使用者的作
业任务要求，求出二自由度机械臂终端执行器的轨迹。并研究如何对于给定的系
统设计出PID控制器，实现控制系统的输出对参考输入跟踪，以及对扰动输入响
应具有较小的振幅，且能够衰减到零即无稳态误差。最后给出了基于
MATLAB/SIMULINK软件的案例分析,阐释模糊PID控制算法行之有效性。
关键词:多自由度，机械臂，PID算法控制，数学模型
Abstract
Robotisakindofprogrammingandperformcertainoperationsandmobiletask
mechanisminautomaticcontrol.Androbotarmasthemainexecutivebody,isavery
complexmultiinputandmultioutputnonlinearsystem,ithasatime-varying,strong
couplingandnonlineardynamiccharacteristics,duetothecomplexityofthecontrol
causedwideattentionofpractitioners.Withtheprogressofthetimes,likemilitary
manufacturing,industrialproduction,dailylifeandentertainment,educationandother
fieldsofarobotarmcontroltechnologyapplicationrequirementsgraduallyincrease,
fromthedesignalargeworkingspace,theflexiblemovementofthemultidegreeof
freedomrobotarmisparticularlyimportant.
Mechanicalarmtrajectorytrackingcontroltechnologyincluding:adaptive
control,SMVSC,robustadaptivecontrol,fuzzyadaptiveetc..Inthispaper,theuseof
fuzzyPIDcontroldesignfortwodegreeoffreedommanipulatorcontrolalgorithm,
thecontrolmethodwithfuzzycontrolofaflexibleandadaptableadvantag