积分滑模控制及抖振抑制研究用于仿人机器人头部控制.pdf

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1、积分滑模控制及抖振抑制研究用于仿人机器人头部控制杨扬，孙奎，刘宏，曹宝石(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)ResearchofIntegralSlidingModeControlandChatteringReductiononaHumanoidRobot’SHeadYANGYang，SUNKui，LIUHong，CAOBao—shi(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Ha

2、rbin150001，China)摘要：介绍了HIT三自由度仿人机器人头部的tioncompensationandslidingmodecontrolap—机械和电气结构，将积分滑模控制算法应用于头部proachesthatbasedoncomputedtorque，thecon—追踪控制，实现了对闭环系统极点的任意配置，克服trolmethodisprovedbyexperimentalresultsthat了建模不准确、外部干扰等因素的影响，使滑动模态itcangethighertrackingaccu

3、racy，minorchatte—发生在运动初始时刻，并贯穿于整个响应过程。同ringandstrongrobustness．时提出了一种简单易行的方法——切换函数比例法Keywords：humanoidrobot’Shead；integral来抑制积分滑模控制的抖振。经与传统的PID加slidingmodecontrol；chatteringreduction；object摩擦力补偿控制和基于计算力矩法的滑模变结构控tracking制对比，实验证明了提出的控制方法具有较高的跟踪精度并且抖振较小、抗干扰性较

4、强。0引—C，关键词：仿人机器人头部；积分滑模控制；抖振抑制；目标跟踪仿人机器人头部具备视觉、听觉等感官，是仿人中图分类号：TP242．3机器人重要的外部感知系统。近年来，许多国际著文献标识码：A名的研究机构研制了具有代表性的仿人机器人头文章编号：1001—2257(2O11)10—0061—05部，如美国NASA的Robonaut[1]、德国宇航中心的Abstract：ThispaperintroducesthemechanicalJustinl2和日本本田公司的ASIMO_3等。目标跟andelectr

5、icstructureofthe3一DOFheadofHIT踪是机器人头部需要完成的重要操作任务之一，找humanoidrobot．Integralslidingmodecontrolis到一种合理的控制方法使头部能够准确、快速的跟usedforthetrackingcontrolofthehead．Thisal—踪移动目标，对于提高仿人机器人动作的快速性和gorithmcanmakethepoleplacedarbitrarilyinor—灵活性是十分有好处的。dertOrejecttheeffectsc

6、ausedbymodelinguncer—滑模变结构控制因其优良的鲁棒性，自1950年taintiesandexternaldisturbances．Robustnessof被提出之后]，一直被看作是对于不确定系统的一种非常有效的控制方法]。传统的滑模变结构控thesystemcanbeguaranteedthroughoutanentireresponseofthesystemwhichbeginsfromtheini—制系统由正常运动和滑模运动两个阶段组成。在正常运动段必须满足滑动模态的可达性条件，但这

7、仅tialtimeinstance．Inaddition，thispaperproposesasimplemethodcalledproportionalswitchingfunc—实现了在状态空间任意位置的运动点必然于有限时间内到达切换面，而在这段时间内，对运动点的具体tiontoalleviatechatteringofintegralslidingmode轨迹未作任何规定。通常使用高增益的反馈控制来contro1．ComparedwiththeconventionalPIDfric一改良系统在正常运动

8、段的鲁棒性，但是引起的稳定收稿日期：2Oll一04—08性问题限制了高增益反馈控制的应用_7]。处于滑动《机械与电子})2011(10)·61分滑模控制及抖振抑制研究用于仿人机器人头部控模态阶段，滑模变结构控制在本质上的不连续开关头部全剖视如图2所示，基关节由电机带动行特性将会引起系统的“抖振”问题，常常会带来有害星减速器经过一对1：1．5的锥齿轮驱动基关节，回的后果，必须要加以抑制。近些年来在抖振抑制方转关节上