环境约束可重构机械臂模块化力/位置控制

发布时间：2021-04-02 06:07

　　针对受环境约束的可重构机械臂系统,提出了一种自适应神经网络模块化力/位置控制方法.利用雅克比矩阵将机械臂末端与环境接触力映射到各关节,将系统动力学模型描述成一组通过耦合力矩相关联的子系统集合,通过控制各子系统的位置和力矩来达到控制末端执行器位置和接触力的目的.利用神经网络估计可重构机械臂系统的非线性项和交联项,通过自适应更新律在线估计神经网络权值函数,并引入滑模控制项补偿估计误差,从而保证闭环系统渐近稳定.最后,在不改变控制器参数的条件下对2个不同构形的2自由度可重构机械臂进行数值仿真,结果验证了所设计控制器的有效性. 

【文章来源】：上海交通大学学报. 2017,51(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

图４Ａ构型末端接触力跟踪曲线Ｆｉｇ．４Ｅｎｄｐｏｉｎｔｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆ

Ｆｉｇ．５ＰｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＢ图６Ｂ构型各关节速度跟踪曲线Ｆｉｇ．６ＶｅｌｏｃｉｔｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＢ图７Ｂ构型末端接触力映射到各关节的等效力矩跟踪曲线Ｆｉｇ．７Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｒｑｕｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｆｒｏｍｅｎｄｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｍａｐｐｉｎｇｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａ－ｔｉｏｎＢ图８Ｂ构型末端接触力跟踪曲线Ｆｉｇ．８ＥｎｄｐｏｉｎｔｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＢ构形仿真相同的结果．注意到图７（ａ）所示的关节１的等效力矩在０左右波动，原因是在构形Ｂ中，由于环境约束的存在，导致机械臂失去了关节１的自由度．从上述２个不同构形的２自由度可重构机械臂仿真结果可知，在不改变控制器参数的前提下，所提

第６期李元春，等：环境约束可重构机械臂模块化力／位置控制７１３图１Ａ构型各关节位置跟踪曲线Ｆｉｇ．１ＰｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＡ图２Ａ构型各关节速度跟踪曲线Ｆｉｇ．２ＶｅｌｏｃｉｔｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＡ图３Ａ构型末端接触力映射到各关节的等效力矩跟踪曲线Ｆｉｇ．３ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｒｑｕｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｆｒｏｍｅｎｄｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｍａｐｐｉｎｇｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＡ图４Ａ构型末端接触力跟踪曲线Ｆｉｇ．４ＥｎｄｐｏｉｎｔｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＡ为了验证所提出控制方法在不同构形可重构机械臂仍然适用，在不改变控制器参数和末端接触力的前提下，采用Ｂ构形进行相同的数值仿真，其关节期望轨迹为：ｑｄ１＝０．１ｃｏｓ（２ｔ）＋０．４ｓｉｎｔｑｄ２＝０．２ｃｏｓ（３ｔ）－０．３ｓｉｎ（２ｔ）仿真结果如图５～８所示．从中可以得到与Ａ图５Ｂ构型各关节位置跟踪曲线Ｆｉｇ．５ＰｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＢ图６Ｂ构型各关节速度跟踪曲线Ｆｉｇ．６ＶｅｌｏｃｉｔｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｊｏｉｎｔｏｆｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＢ图７Ｂ构型末端接触力映射到各关节的等效力矩跟踪曲线Ｆｉｇ．７Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏｒｑｕｅｔｒａ

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于信号重构的可重构机械臂主动分散容错控制[J]. 赵博,李元春.  自动化学报. 2014(09)



本文编号：3114741