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電機動力學(xué)對機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會員, and
Zuofeng Li,IEEE會員

摘要—在本文中會提到一種抽象的非線性反饋機器人控制器，它包含了機器人機械手運動，以及機器人關(guān)節(jié)電機帶起的運動。這2種運動可以耦合獲得三維動態(tài)模型，再結(jié)合微分幾何控制理論可以應(yīng)用于生產(chǎn)一個線性的和解耦的機器人控制器。派生的機器人控制器是工作在機器人任務(wù)空間，從而消除了對機器人運動指令解析到的機器人關(guān)節(jié)處指令的需要。還要進行計算機模擬分析，以驗證了該機器人控制器的可行性。該控制器在彪560機器人手上進行了進一步實驗評估。實驗表明，該控制器有良好的軌跡跟蹤性能，和強勁的模型誤差控制能力。單單只比較裝有非線性反饋機器人控制器的機械手運動，這種推薦的機器人控制器的明顯的提高了其性能。
1 總體簡介
在文獻中有很多用以制定剛性機器人手臂動態(tài)模型的方法，典型的有，用一個二階差分方程組，可以得到表征剛性機械臂的動態(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)行器的運動通?？梢圆挥每紤]到該方程組里。但是，執(zhí)行器的運動是構(gòu)成一個完整的機器人運動的重要部分，特別是在其為高速度運動和高度不均勻載荷的重要組成部分的情況下。而動力學(xué)的機器人執(zhí)行器和驅(qū)動器的傳輸模式形成了該機器人的動力學(xué)方程，典型地使后者形成一個三階微分方程系統(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)計第三階系統(tǒng)是必要的，以實現(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器人驅(qū)動電機動力學(xué)還有剛體動力學(xué)。在第三階條件就這樣采用到機器人系統(tǒng)模型的時候，該模型還沒有包含在機器人三階動態(tài)范圍的機械傳動，即由摩擦引起的