关键词：轨迹跟踪控制;力补偿;模型预测控制;串联弹性执行器;协作机械臂;机器人控制
摘 要：针对柔性关节机械臂控制精度低和轨迹跟踪控制动态性能差等问题,提出一种笛卡尔空间力补偿的轨迹跟踪控制算法,旨在提高笛卡尔空间轨迹跟踪精度.首先,介绍了串联弹性执行器(SEA)和六自由度(6-DoF)机械臂系统模型,并设计了基于神经网络模型预测控制(NNMPC)的关节空间位置-速度-力矩混合控制算法.随后,基于该关节控制器,设计了基于柔性关节机械臂的笛卡尔空间力补偿控制算法,该算法根据笛卡尔空间的跟踪误差,结合PID控制器计算出笛卡尔空间中的力补偿值,然后将其转换为关节力矩补偿值并补偿到关节控制器,以实现高精度的笛卡尔空间轨迹跟踪.笛卡尔空间力补偿能够有效地抵消外部干扰和系统不确定性,减小系统的跟踪误差,使机械臂能够更准确地跟踪目标轨迹.最后,通过仿真和实验验证了该控制器的有效性和优越性.实验结果表明,设计的轨迹跟踪控制器整体精度为1.86 mm,相较于无补偿的轨迹跟踪和基于位置补偿的轨迹跟踪控制算法,精度分别提升了2.91 mm和1.77 mm.
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