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FS-SEA柔性臂改进的反馈计算力矩控制方法

20160316001616陈鹏

四基础研究四

FS?SEA柔性臂改进的反馈计算力矩控制方法

陈一鹏1,2,李洪谊1,3

(1.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,沈阳110016;2.中国科学院大学,北京100049;3.沈阳通用机器人技术股份有限公司,沈阳110000)摘要:对于基于FS?SEA(力源串联弹性驱动器)的柔性关节机械臂,当其动力学模型已知时,反馈计算力矩法是一种非常直观的控制方法三但是对于一个动力学参数难以精确确定,并且可能受到冲击扰动的系统来说,传统的反馈计算力矩法难以进行稳定地控制三在传统的反馈计算力矩法基础上,提出了一种改进的控制方法三通过在控制律中引入自适应补偿项,保证了控制系统在机械臂动力学参数或所受外力无法精确估计情况下的渐近稳定性;通过在系统的加速度指令之后引入低通滤波环节,大幅度增强了控制系统抵抗外部冲击的能力三仿真实验证明,利用改进的反馈计算力矩法对FS?SEA柔性机械臂进行控制,不仅能够保证系统稳定性,实现高精度轨迹跟踪,而且使控制系统具有很强的抗冲击能力三

关键词:柔性机械臂;SEA;计算力矩法;改进;自适应补偿;渐进稳定性;低通滤波;抗冲击中图分类号:TP24一文献标识码:A一文章编号:1674?5825(2016)02?0233?08

AnImprovedFeedbackComputedTorqueControlMethodforFS?SEAFlexibleManipulators

CHENPeng1,2,LIHongyi1,3

(1.StateKeyLaboratoryofRobotics,ShenyangInstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.GeneralRobotsCorp.,Shenyang110000,China)Abstract:Forflexible?jointmanipulatorsbasedonFS?SEA(forcesourcedserieselasticactuator),whentheirdynamicmodelsareknown,thefeedbackcomputedtorquemethodisaveryintuitionalcontrolmethod.However,forasystemwhosedynamicparametersaredifficulttobedeterminedac?curately,whichprobablysuffersanexternalimpactaswell,thetraditionalfeedbackcomputedtorquemethodcanhardlymakeastablecontrol.Thispaperproposedanimprovedcontrolmethodbasedonthetraditionalfeedbackcomputedtorquemethod.Throughintroducinganadaptivecom?pensationtermintothecontrollaw,theasymptoticstabilityofthecontrolsystemwasguaranteedinthecaseofinaccurateestimationofthemanipulator sdynamicparametersorexternalforce;throughintroducingalow?passfilterafterthesystem saccelerationcommand,thecontrolsystem sabilityofresistingexternalimpactswasenhancedsignificantly.ThesimulationsdemonstratedthatcontrollingFS?SEAflexiblemanipulatorswiththeimprovedfeedbackcomputedtorquemethodcouldnotonlyensuresystemstabilityandtrackingaccuracy,butalsoofferthecontrolsystemverystrongimpactre?sistingcapability.Keywords:flexiblemanipulators;SEA;computedtorque;improvement;adaptivecompensation;asymptoticstability;low?passfilter;impactresistance

收稿日期:2015?09?17;修回日期:2016?03?08

基金项目:国家磁约束核聚变能专项(2012GB102005)

作者简介:陈鹏(1983-),男,博士研究生,研究方向为机器人学二智能控制与遥操作三E?mail:chenpeng@sia.cn第22卷一第2期2016年一4月一一一一一一一一一载一人一航一天MannedSpaceflight一一一一一一一一一Vol.22一No.2Apr.2016

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