未知环境下机器人模糊滑模阻抗控制.pdf

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1、《电气自动化)2ol0年第32卷第4期智能控制技术ntelligentControlTechniques未知环境下机器人模糊滑模阻抗控制六兰州理工大学电气与信息工程学院(甘肃兰州730050)李二超李战明李炜摘要：针对未知环境下的机器人系统，提出一种模糊滑模阻抗控制器，在自由空间可以做未受约束运动，具有位置跟踪的能力，在面对接触空间做受约束运动时，则具有力跟踪的能力。传统的阻抗控制会因为机器人或环境的不确定性和干扰而缺乏鲁棒性，该文在阻抗控制器中引人滑模控制，模糊控制器用来克服滑模控制的抖振问题。仿真结果表明模糊滑模阻抗控制对机

2、器人自由空间的位置跟踪和接触空间的力跟踪都有很好的性能。关键词：模糊滑模控制机器人阻抗控制未知环境【中图分类号]TP242[文献标识码]A[文章编号]1000—3886(2010)04—0012—03TheRoboticFuzzySlidingModeImpedanceControlinUnknownEnvironment(LanzhouUniversityofTechnology,LanzhouGansu730050，China)LiErchaoLiZhanmingLiweiAbstract：Thisstudyisdedica

3、tedtodesignafuzzyslidingmodeimpedancecontrollerwithpositiontrackingcapabilityandforcetrackingcapabilityforrobotsystemsunderunconstrainedmotionsinfreespaceandconstrainedmotionsincontactspace．Traditionalimpedancecontrolapproachesusuallylackrobustnessbecausetheuncertain

4、tiesandinterference．Tosolvetheproblem，aslidingmodecontrollerisadoptedtotheimpedancecontroller，fuzzylogiccontrollerisusedtosolvethechattenngproblemcausedbyslidingmodecontro1．Theresultsofsimulationvalidatetheperformanceofthedesignedimpedancecontrolschemeandshowthehighl

5、yefficiencyofpositiontrackinginfreespaceandforcetrackingincontactspace．Keywords：fuzzyslidingmodecontrolrobotimpendencecontrolunknownenvironmentO引言1．1机器人动态模型随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器具有n个自由度的机器人在与外部环境有接触力的动态模人具有力感知能力。阻抗控制作为其中的基本控制方法之一，在型为实现机器人的力控制中得到了广泛的应用】。阻抗控制将力控M(q

6、)q+日(g，；)=r+厂(考)(1)制和位置控制纳于一个框架之内，任务规划工作量较小。若在机式中各分量的具体构成见文献【7】。本文采用的动态模型为器人和外界环境参数已知的情况下，阻抗控制是非常简单的。但M(q)q+H(q，q)=(2)在实际应用中，由于各种因素的影响，对环境的了解常常是很不精确或无法知道的，再加上机器人本身的不确定性，导致了阻抗控制式中：r是输入控制力矩；(老)是外部环境对机器人施加有很大的力误差。的力，其方向垂直作用于约束表面；=J()T，是末端执行器文献[3]指出力控制是在机器人末端操作手总是和环境接触这个

7、假设的基础上工作的，因此无法处理由于失去接触而引起的与外界工作环境之问的作用力矩；r是干扰力矩影响。从不接触到接触的过渡和其相反的过程都是很难建模的，假设系统的标称模型为：M(q)q+H(q，q)=r(3)即使在一些假设的基础上建立了模型，也会因为控制器的设计太由式(2)(3)可得到7-=M(q)U+H(q，q)一(4)复杂而无法应用。而本文将解决机器人力控制时所对应的受限运式中，“为模糊滑模控制器的控制率。由式(4)(2)可得动控制问题，同时满足机器人自由空间的位置跟踪能力和接触空M(q)q+H(q，q)=((q)一M(q))

8、+M(q)u+H(q，q)+间的力跟踪能力。q=+M一Mu+肘一H+一(5)本文研究了一种模糊滑模阻抗控制方案。将滑模控制引入阻式中，M=M—和H=H一日代表机器人系统建模的不确定性。抗控制中增强机器人系统的鲁棒性，而模糊控制器用来克服滑模1．2关节阻抗模型控制