一类多自由度欠驱动手臂机器人的控制策略_赖旭芝

2017年5月计算机工程与设计 May 2017第 38 卷第 5 期 COMPUTER ENGINEERING AND DESIGN Vol. 38 No. 5欠驱动柔性关节机器人的趋同控制策略王旭辉，周岩(河南工程学院计算机学院，河南郑州451191)摘要：针对欠驱动机器人网络系统同步控制中过于复杂的结构及稳定性问题，在现有同步控制方法的基础上提出一种欠驱动柔性关节机器人趋同控制算法，设计一种选择性控制器并构建其网络模型及拓扑结构，利用相关的推导，从原理上验证对控制器的可行性，其能够解决通信信道存在未知时滞情况下欠驱动网络系统的趋同控制问题，不依赖于初始条件知识的储备。

通过相应的空间坐标变换后，该控制器可应用于笛卡尔坐标系。

通过对由10个不同单自由度柔性关节机器人组成 的网络系统进行数值模拟，在不同控制参数情况下的仿真结果表明，该网络系统中所有机器人在8秒钟内均能达到期望的趋同状态，验证了该控制策略对柔性关节机器人网络系统进行同步控制的有效性。

关键词：趋同控制；柔性关节机器人；欠驱动系统；多机器人系统；网络同步控制中图法分类号：TP273十.3 文献标识号：A 文章编号：1000-7024 (2017) 05-1366-05doi：10. 16208/j. issnl000-7024. 2017. 05. 046Consensus control strategy for under-actuated flexible-joint robotsWANG Xu-hui，ZHOU Yan(College of Computer, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 451191, China)Abstract：For the complicated structure and stability issues of the networks composed by under-actuated robots, a type of alter­native control strategy was designed based on the consensus control, whose network model and topological structure were also built. Meanwhile, the feasibility of designed controller was theoretically demonstrated by formula derivations, which not only synchronically controlled the under-actuated networks under the existence of unknown delays in the communication channels? but also dispensed with knowledge of the initial conditions. Moreover, the presented consensus controller was widely applied to the Cartesian coordinates after the change of coordinates. The numerical simulations were conducted on the network system consis­ting of ten different robots. Simulated results with different parameters show that all of robots in network can reach consensus within 8 seconds? thus the usefulness of the designed consensus controller for the flexible-joint multi-robots network can be well demonstrated.Key words：consensus control；flexible-joint robot；under-actuated systems；multi-robot systems；synchronisation of networks control〇引言由多个不确定性动力学系统组成网络系统的同步控制 问题目前已经成为控制理论领域的研究热点[1’2]。

机器人的多臂机械操作策略优化随着科技的不断发展，机器人在生产、服务、军事等领域的应用越来越广泛。

而机器人的多臂机械操作是其中的重要组成部分，对于提高机器人的工作效率和准确度具有重要意义。

本文将探讨机器人多臂机械操作策略的优化方法，以提高机器人在实际应用中的性能表现。

一、机器人多臂机械操作策略的现状分析机器人的多臂机械操作是指机器人同时使用多个机械臂进行操作的技术。

目前，机器人多臂机械操作已经在工业生产中得到广泛应用，如在汽车制造中的焊接、装配等工序中，通过多臂机器人的协同操作可以极大地提高生产效率。

然而，在实际操作中，机器人多臂机械操作仍然面临一些挑战。

首先，多臂机器人的运动规划和路径规划需要充分考虑机械臂之间的碰撞问题，保证操作的安全和稳定。

其次，多臂机器人需要实时检测和感知工作环境的变化，以便快速做出相应调整。

最后，多臂机器人的操作策略需要在效率和准确度之间进行权衡，以达到最佳的操作效果。

二、机器人多臂机械操作策略优化方法为了解决机器人多臂机械操作中的问题，研究者们提出了一系列的优化方法，以下是其中的几种常见方法：1. 运动规划与路径规划算法的优化传统的多臂机器人操作中，运动规划和路径规划常常需要通过精确的模型计算得到。

然而，这种方法在实际操作中往往效率低下，不能满足实时性的要求。

近年来，研究者们提出了一些新的算法来优化运动规划和路径规划，如基于遗传算法的优化方法、基于模糊逻辑的优化方法等。

这些方法通过引入自适应机制和智能算法，可以更高效地计算机器人的运动轨迹，提高操作效率。

2. 强化学习算法的应用近年来，强化学习算法在机器人多臂机械操作中得到了广泛应用。

强化学习是一种基于试错的学习方法，机器人可以通过不断尝试和收集反馈信息来优化自己的操作策略。

通过引入强化学习算法，机器人可以根据不同任务的需求自主学习和调整操作策略，从而更好地适应复杂的工作场景。

3. 传感器与感知技术的改进机器人多臂机械操作对感知技术的要求较高，需要实时检测和感知工作环境的状态。

机器人手臂控制实现精确运动的关键控制策略在当前的科技发展中，机器人技术日益成熟与普及，机器人手臂作为机器人系统中重要的组成部分，其精确控制能力对于实现复杂任务至关重要。

机器人手臂控制实现精确运动的关键控制策略主要包括传感器反馈、轨迹规划和控制方法三个方面。

本文将就这三个方面进行详细阐述和探讨。

1. 传感器反馈传感器反馈是机器人手臂实现精确控制的基础。

通过合理布置传感器，并将传感器获取到的信息反馈给控制系统，可以实时地获得机器人手臂的位置、速度和力量等各种状态参数。

常用的传感器包括编码器、陀螺仪、力传感器等。

其中，编码器用于测量关节的角度，陀螺仪用于测量手臂的姿态，力传感器则可以测量外部施加在机器人手臂上的力。

这些传感器可以提供关键的反馈信息，用来修正控制系统的指令，从而实现精确的运动控制。

2. 轨迹规划轨迹规划是机器人手臂控制实现精确运动的另一个关键策略。

通过规划合适的运动轨迹，可以使机器人手臂在特定工作空间内精确地执行各种任务。

常用的轨迹规划方法包括直线插补、样条插补和逆运动学解析解等。

其中，直线插补方法适用于实现简单的直线运动，样条插补方法适用于实现平滑曲线运动，逆运动学解析解则适用于通过给定的末端位置和姿态来计算关节空间内的关节角度。

通过合理选择轨迹规划方法，可以使机器人手臂在实现精确运动的同时保持良好的运动特性。

3. 控制方法控制方法是机器人手臂实现精确运动的核心策略。

常用的控制方法包括PID控制、自适应控制和模型预测控制等。

PID控制是一种常见的经典控制方法，通过比例、积分和微分三个环节的组合，可以实现对机器人手臂的位置、速度和力量等状态进行精确控制。

自适应控制方法则可以根据实时的外部环境变化和机器人手臂内部动态特性的变化来调整控制策略，以适应各种复杂任务。

而模型预测控制方法则可以通过建立机器人手臂的数学模型，根据模型预测的结果来实现精确的运动控制。

这些控制方法可以根据实际需求进行选择和应用，以实现机器人手臂实现精确运动的目标。

专利名称：一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法专利类型：发明专利
发明人：王良勇,崔文娟,柴天佑,迟瑛
申请号：CN201410385207.5
申请日：20140806
公开号：CN104166347A
公开日：
20141126
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种欠驱动机械臂系统的PD平衡控制方法，包括：欠驱动机械臂系统的控制器发出电压信号，启动直流电机，直流电机输出转矩信号控制主驱动臂和欠驱动臂从垂直向下的初始位置摆起至目标平衡位置；用主驱动臂的编码器和欠驱动臂的编码器分别实时检测主驱动臂的输出角度和欠驱动臂的输出角度，判断主驱动臂和欠驱动臂是否偏离目标平衡位置，是，则对欠驱动机械臂系统进行PD平衡控制，控制主驱动臂和欠驱动臂保持在目标平衡位置；否则保持当前直流电机的输出转矩，使主驱动臂和欠驱动臂保持在目标平衡位置。

本发明通过控制器进行控制信号与反馈信号的综合，实现欠驱动机械臂的控制，加快响应速度，扩大抗干扰空间，提高摆臂的稳态精度。

申请人：东北大学
地址：110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
国籍：CN
代理机构：沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：朱光林
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手臂机器人网络教学实验系统的服务器设计与开发
赖旭芝;杨瑶华;吴敏
【期刊名称】《湖南工业大学学报》
【年(卷),期】2004(018)005
【摘要】介绍了一个以手臂机器人为实验对象的远程实验教学系统,主要介绍系统服务器的设计与开发技术.该系统采用B/S三层体系结构模型,主要提供了远程监控、仿真和记录检索的实验功能.通过校园网,用户可以远程访问本系统进行远程控制实
验或仿真实验.做远程控制实验时,用户可以在本地选择不同控制算法和提交控制参数,实现对手臂机器人的远程控制,而且能在本地浏览器上在线观看实时的实验运动
录像.该系统还可供实验者在线进行仿真实验,模拟对手臂机器人的各种控制效果;同时,还可以保存实验信息,提供历史实验数据查询.
【总页数】5页(P37-41)
【作者】赖旭芝;杨瑶华;吴敏
【作者单位】中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410083【正文语种】中文
【中图分类】TP242.3
【相关文献】
1.手臂机器人网络教学实验系统控制算法开发与实验 [J], 肖会芹;吴敏;桂卫华
2.基于神经网络的机器人手臂模型辨识 [J], 于金;Lenox,B
3.手臂机器人网络教学实验系统设计与开发 [J], 杨瑶华;吴敏;黄斌
4.日开发出操作简便的机器人手臂 [J], 昭传
5.基于ELVIS的模块化网络教学实验系统开发 [J], 梁月仙;张嘉琛;诸心阳;范宝嘉;李明明;周求湛
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全局稳定的PD+前馈机器人鲁棒自适应控制
代颖;施颂椒
【期刊名称】《自动化学报》
【年(卷),期】2002(028)001
【摘要】研究应用PD+前馈控制结构的不确定性机器人轨迹跟踪问题.在忽略摩擦力和外部扰动情况下,设计了一大类综合的自适应控制策略,能保证系统全局的渐近稳定;在摩擦力和外部扰动存在时,提出两种新颖的鲁棒自适应混合控制方法,不仅可以保证闭环系统的全局稳定性,同时还能给出系统清晰的暂态性能.严格的理论证明和二自由度机器人的仿真验证了控制器的有效性.
【总页数】8页(P11-18)
【作者】代颖;施颂椒
【作者单位】上海交通大学自动化系,上海,200030;上海交通大学自动化系,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TP273.2
【相关文献】
1.一类前馈非线性系统的全局稳定性 [J], 张建平;杨红艳
2.欠驱动两杆机器人的统一控制策略和全局稳定性分析 [J], 赖旭芝;吴敏;佘锦华;YANG Simon X
3.全局渐近稳定的移动机器人轨迹跟踪 [J], 刘振纲
4.基于全局稳定的爬壁机器人双环轨迹跟踪控制 [J], 滕昊;庄园;邓世建
5.欠驱动机器人的切换姿态优化及全局稳定控制 [J], 薛方正;厚之成;李秀敏;李楠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。