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電機(jī)動(dòng)力學(xué)對(duì)機(jī)械手非線性反饋控制的影響

Tzyh-Jong Tarn,IEEE院士, Anta1 K. Bejczy, IEEE院士, Xiaoping Yun,IEEE會(huì)員, and
Zuofeng Li,IEEE會(huì)員

摘要—在本文中會(huì)提到一種抽象的非線性反饋機(jī)器人控制器，它包含了機(jī)器人機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)帶起的運(yùn)動(dòng)。這2種運(yùn)動(dòng)可以耦合獲得三維動(dòng)態(tài)模型，再結(jié)合微分幾何控制理論可以應(yīng)用于生產(chǎn)一個(gè)線性的和解耦的機(jī)器人控制器。派生的機(jī)器人控制器是工作在機(jī)器人任務(wù)空間，從而消除了對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)指令解析到的機(jī)器人關(guān)節(jié)處指令的需要。還要進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析，以驗(yàn)證了該機(jī)器人控制器的可行性。該控制器在彪560機(jī)器人手上進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)評(píng)估。實(shí)驗(yàn)表明，該控制器有良好的軌跡跟蹤性能，和強(qiáng)勁的模型誤差控制能力。單單只比較裝有非線性反饋機(jī)器人控制器的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，這種推薦的機(jī)器人控制器的明顯的提高了其性能。
1 總體簡(jiǎn)介
在文獻(xiàn)中有很多用以制定剛性機(jī)器人手臂動(dòng)態(tài)模型的方法，典型的有，用一個(gè)二階差分方程組，可以得到表征剛性機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)行為。手臂關(guān)節(jié)的作用力和力矩可以輸入此方程組，而執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)通常可以不用考慮到該方程組里。但是，執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)是構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的重要部分，特別是在其為高速度運(yùn)動(dòng)和高度不均勻載荷的重要組成部分的情況下。而動(dòng)力學(xué)的機(jī)器人執(zhí)行器和驅(qū)動(dòng)器的傳輸模式形成了該機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，典型地使后者形成一個(gè)三階微分方程系統(tǒng)。正如我們稍后將在這文章里看到的，三階控制器專門為此設(shè)計(jì)第三階系統(tǒng)是必要的，以實(shí)現(xiàn)雙方良好的瞬態(tài)響應(yīng)和較小的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差。目前我們的模式制訂包含除了機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力學(xué)還有剛體動(dòng)力學(xué)。在第三階條件就這樣采用到機(jī)器人系統(tǒng)模型的時(shí)候，該模型還沒(méi)有包含在機(jī)器人三階動(dòng)態(tài)范圍的機(jī)械傳動(dòng)，即由摩擦引起的