基于多关节机器人的能量最小消耗控制策略.pdf

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1、第27卷第12期2010年12月计算机应用研究ApplicationResearchofComputersV01．27No．12DeC．2010基于多关节机器人的能量最小消耗控制策略木党培，谭云福，申利民(燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛066004)摘要：为了能够在有限的能量供给的情况下延长机器人运行时问，针对此类机器人在运动中的耗能问题，提出一种通过改进梯形升降速算法来实现多关节机器人能量最小消耗的控制方法。首先对多关节机器人的协调控制及能耗问题进行了研究，利用梯形升降速算法的速度函数与伺服电机耗能之间的关系推导出该算法的能量函数

2、；然后通过求解能量函数最小值，得出梯形速度曲线基于能量最优的时间参数，利用该时间参数来设定伺服电机各运动阶段的时间，使机器人耗能最小。最后通过实验计算及分析，验证了所述控制策略在解决机器人耗能最小化问题上的有效性。关键词：多关节机器人；关节协调控制；最小能量消耗；梯形升降速算法中图分类号：TP242文献标志码：A文章编号：1001．3695(20lO)12．4575．03doi：12．3969／j．issn．1001．3695．2010．12．052Controlstrategyofminimalenergyconsumptionbased

3、onmulti-jointrobotDANGPei，TANYun—fu，SHENLi—nfin(CollegeofInformationScience＆Engi,,ee,嘶，Yanshan￡^访Hm酊，QinhuangdaoHebei066004，Ch／na)Abstract：Inordertoextendrobotruntimeinthesituationthatlimitedenergysupply，bearingtheenergyconsumptionprob-lemoftherobotsinmind，thispaperpropose

4、danewideathatthroughimprovingACC／DECalgorithmtorealizetheminimumenergyconsumption．First，studiedonjointscoordinatedcontrolandenergyconsumptionofmulti-jointrobot，accordingtOtherelationbetweenthevelocitycurveofACC／DECalgorithmandtheenergydissipationofthe8ervomotor，derivedthee

5、nergydissipationfunctionunderthisalgorithm．Thenobtainedtheoptimaltimeparameterbysolvingthemimmumoftheenergydis·sipationfunctionofACC／DECalgorithm，andsettimeofthe8ervomotoratvariousmotionstagesusingthistimeparameter，reducedtheenergydissipationoftheseI"VOmotorandminimizedthe

6、energyconsumptionoftherobot．Finally，theexperimentandanalysisprovetheeffectivenessofthecontrolstrategy．Keywords：multi-jointrobot；jointsharmoniouscontrol；minimumenergyconsumption；trapezoidalacceleration／deceleration(ACC／DEC)algorithm随着机器人技术在近半个世纪来的迅速发展，越来越多的机器人在各领域中得到广泛的应用，机

7、器人技术已成为国际公认的战略前沿技术¨，2J。机器人在工作或行走时，需要有可靠的能量供给，而在能源紧缺的2l世纪，如何有效地使用有限的能源能量，延长机器人的运行时间变得至关重要。综合国内外研究，多数学者在机器人路径规划及步态等方面进行了能量消耗问题的研究，并提出了很多有价值的研究成果旧“’。但对机器人运动控制方面的耗能研究很少，因此深入研究机器人运动控制与能量消耗之间的关系是必要而实用的。目前，由于多关节型机器人运动灵活，对环境适应能力强，已应用于各种场合。这里以目前存在的一类采用伺服电机作为关节驱动器的多关节机器人为研究对象，提出了一种基

8、于多关节机器人在运动过程中的能量消耗最小的控制策略。这类多关节机器人多采用基于各关节转角角度比例关系的插补算法对关节进行协调控制¨J，运用梯形升降速控制算法对关节的运动过程进行规