关于自由度气动串联机械手的关节控制

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1、学兔兔www.xuetutu.com第44卷第12期机械工程学报Vol_44No．122008年12月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGDec．2008DoI：10．3901，JME．2008．12．2543自由度气动串联机械手的关节控制木毛新涛包钢杨庆俊王祖温2(1．哈尔滨工业大学SMC气动技术中心哈尔滨150001：2．大连海事大学机电与材料工程学院大连116026)摘要：3自由度气动机械手属关节串联式机器人，机械手在运动过程中，转动惯量、重力矩及关节间的耦合力

2、矩等参数都会发生较大变化，影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题，利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析，得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例，通过对关节动力机构的数学模型线性化处理，采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计，试验表明具有一定鲁棒性，但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响，根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩，利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性，从结果可以看出，该组合控制策略抑制了扰动，提高了轨迹跟踪精度。关键词：动力学模型线

3、性化极点配置前馈补偿轨迹跟踪中图分类号：TP241．1JointTorqueControlforthePneumaticallyRoboticManipulatorwith3DegreesofFreedomMAOXintaoBAOGangYANGQin~unWANGZuwen(1．SMCPneumaticCenter,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001；2．ElectromechanicsandMaterialsEngineeringCollege，Dalia

4、nMaritimeUniversity,Dalian116026)Abstract：Pneumaticallyroboticmanipulatorwith3degreesoffreedombelongstoserialmechanisms．Duringthemovementofroboticmanipulator,parameterssuchasrotationinertia，gravitytorqueandcouplingtorquebetweenjointschangegreatly,whichaff

5、ectsthemotionprecisionofroboticmanipulator．Inordertosolvetheproblems，dynamicanalysisofmanipulator’SthreejointsarecarriedoutbyusingLagrangeequation．Thewaistjointistakenasanexampletoillustratedesignofcontrollerforjoint．Throughlinearizingthemathematicalmodel

6、ofpowermechanism，themethodofstatefeedbackpole-assignmentisapplicabletothedesignofcontroller．Theresultshowsthatthesinglejointcontrollerisrobust，butthereiscertainstaticerror．Theerrorismainlycausedbytheinfluenceofdisturbancetorque．Dynamiccompensationasthefee

7、dforwardcompensationforsinglejointcontrollerisobtainedbycalculatingsinglejointtrajectoryplanningbasedondynamicmode1．Theexperimentshowsthatthemethodiseffectiveandimprovestheprecisionofthetrajectorytracking．Keywords：DynamicsmodelLinearizationPoleassignmentF

8、eedforwardcompensationTrajectorytracking工作效率高、功率质量比大、无污染、使用维护方0前言便以及对环境要求低等优点。气动伺服技术已能满足一些多点定位的工业现场，但在要求更复杂、功目前大多数伺服机器人的驱动都是采用电动能更精细的工业场合还存在一定难度，如喷漆机器机或液压方式，在易燃易爆的环境中使用极不方便。人、涂胶机器人等对气动伺服连续轨迹控制有着更气动技术是流体控制的一个重要分支，具有成