基于数据fcm聚类的移动机器人关节横摆力矩振动控制系统设计

来源：计算机测量与控制杂志2025年第4期北京时间：

作者：陈振庭,陈富强,许丽娟

摘要：对于实际空间移动机器人，其运动涉及到复杂的多体动力学耦合关系，且不同部位关节间皆存在弹性影响，导致关节极易出现横摆振动。传统方法通常应用关节独立力反馈实现模态空间振动控制，但是由于机器人关节横摆力矩的变化范围较大，振动信号波动频率高，尤其在机器人不稳定移动状态下，独立提取每一个关节的振动特征难度极高，导致对机器人关节振动幅值的控制效果不明显。因此，设计基于模糊C均值聚类算法（fuzzy c-means algorithm，FCM）聚类的移动机器人关节横摆力矩振动控制系统。硬件方面，利用力矩传感器检测移动机器人关节横摆力矩，运用CPU+FPGA结构，设计一个集成了灵活逻辑控制、复杂通信协议支持的关节控制器硬件。软件方面，，通过聚合经验模态分解提取采集到的机器人关节横摆力矩振动信号特征，再引入数据FCM聚类算法识别关节振动模式，确定具体振动控制要求。结合PD（比例微分）控制器和LQR（线性二次型调节器）控制结构，建立联合控制策略。并考虑关节力矩反馈和电机位置误差，实现关节横摆力矩振动的最终控制。测试结果表明：针对移动机器人的左前腿关节的低频振动，该系统应用后，发生振动的关节最大振动减弱到0.22°，有效确保了移动机器人运行的稳定性。

关键词：移动机器人;FCM聚类;横摆力矩;关节振动;控制器;聚合经验模态分解;

基金资助：广州华商学院校内导师制科研基金资助项目:(No.2024HSDS12)；