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电机动力学对机械手非线性反馈控制的影响

Tzyh-Jong Tarn,IEEE院士, Anta1 K. Bejczy, IEEE院士, Xiaoping Yun,IEEE会员, and
Zuofeng Li,IEEE会员

摘要—在本文中会提到一种抽象的非线性反馈机器人控制器，它包含了机器人机械手运动，以及机器人关节电机带起的运动。这2种运动可以耦合获得三维动态模型，再结合微分几何控制理论可以应用于生产一个线性的和解耦的机器人控制器。派生的机器人控制器是工作在机器人任务空间，从而消除了对机器人运动指令解析到的机器人关节处指令的需要。还要进行计算机模拟分析，以验证了该机器人控制器的可行性。该控制器在彪560机器人手上进行了进一步实验评估。实验表明，该控制器有良好的轨迹跟踪性能，和强劲的模型误差控制能力。单单只比较装有非线性反馈机器人控制器的机械手运动，这种推荐的机器人控制器的明显的提高了其性能。
1 总体简介
在文献中有很多用以制定刚性机器人手臂动态模型的方法，典型的有，用一个二阶差分方程组，可以得到表征刚性机械臂的动态行为。手臂关节的作用力和力矩可以输入此方程组，而执行器的运动通常可以不用考虑到该方程组里。但是，执行器的运动是构成一个完整的机器人运动的重要部分，特别是在其为高速度运动和高度不均匀载荷的重要组成部分的情况下。而动力学的机器人执行器和驱动器的传输模式形成了该机器人的动力学方程，典型地使后者形成一个三阶微分方程系统。正如我们稍后将在这文章里看到的，三阶控制器专门为此设计第三阶系统是必要的，以实现双方良好的瞬态响应和较小的稳态跟踪误差。目前我们的模式制订包含除了机器人驱动电机动力学还有刚体动力学。在第三阶条件就这样采用到机器人系统模型的时候，该模型还没有包含在机器人三阶动态范围的机械传动，即由摩擦引起的
当机器人关节加速度变化。在机器人的机械传动动力学方面的第三阶条件通常是未具体说明的。第三阶系统控制器任务中三阶连续投入使用选择，控制系统，它具有消除在机器人加速度的导数不连续的优势。第三阶系统控制器的选择让三阶的功用不断地投入到控制系统中去，使得它具有消除在机器人加速度的导数不连续的优势。第三阶的引入使得机器人避免过早的因为其抖动引起的硬件退化。