柔性關(guān)節(jié)機器人輸出反饋自適應(yīng)軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)和連桿均為剛性的機器人相比，柔性關(guān)節(jié)機器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕和能耗低等特點，被廣泛應(yīng)用于業(yè)界。本文基于奇異攝動理論和積分流概念，深入研究了柔性關(guān)節(jié)機器人的輸出反饋自適應(yīng)軌跡跟蹤控制方法，研究成果將為柔性關(guān)節(jié)機器人的高性能實際應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。
　　首先，根據(jù)Spong提出的柔性關(guān)節(jié)簡化模型，利用拉格朗日方程推導出柔性關(guān)節(jié)機器人的動力學模型，再通過引入奇異攝動理論和積分流概念將其解耦成兩個子系統(tǒng)，即慢子系統(tǒng)和快子

2、系統(tǒng)。慢子系統(tǒng)表示柔性關(guān)機機器人系統(tǒng)模型中的剛性部分，快子系統(tǒng)是用來描述關(guān)節(jié)處的柔性特性。從而，柔性關(guān)節(jié)機器人的控制器設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍蓚€子系統(tǒng)的控制器設(shè)計。
　　其次，針對柔性關(guān)節(jié)機器人系統(tǒng)模型中存在參數(shù)不確定性和上界未知的外部擾動，設(shè)計了一種基于改進參數(shù)線性化表達式的魯棒自適應(yīng)控制器作為慢子控制律。同時，通過對快子系統(tǒng)方程進行變形，將其轉(zhuǎn)變成典型的目標跟蹤類問題，從而使快子控制律的設(shè)計更加靈活。此外，為實現(xiàn)僅需位置反饋的輸出反饋

3、控制，在快、慢子系統(tǒng)中均引入一種近似微分濾波器來得到偽速度誤差信號以消除對速度的測量。
　　然后，針對不同(強或弱)柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)，本文提出了一種有界自適應(yīng)控制器來解決柔性關(guān)節(jié)機器人中存在參數(shù)不確定性和輸出力矩有界的問題?？刂坡傻脑O(shè)計中，一類飽和函數(shù)被用來確保關(guān)節(jié)執(zhí)行器輸出力矩有界，一種投影自適應(yīng)控制律用來克服慢子控制律中前饋項的參數(shù)不確定性。同時，為使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)僅需位置反饋的輸出反饋控制，可分別在慢子系統(tǒng)和快子系統(tǒng)中引入

4、線性濾波器和高增益觀測器來得到無法直接測量狀態(tài)量的估計值。更為重要的是，通過奇異攝動理論和積分流概念推導出校正控制律，實現(xiàn)了對強柔性系統(tǒng)的柔性補償，使得奇異攝動方法也能適用于強柔性機器人系統(tǒng)。
　　最后，對于柔性關(guān)節(jié)機器人的穩(wěn)定性分析，考慮到快、慢子系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法直接保證整個復合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此本文針對整個奇異攝動系統(tǒng)給出兩種不同的穩(wěn)定性分析思路。此外，通過仿真實驗對提出的兩類控制算法分別進行了驗證。結(jié)果表明，本文提出魯棒