柔性關節機械臂的自適應命令濾波輸出反饋控制

目前,機械臂被廣泛應用于工業、農業、醫療服務等領域,但是傳統的機械臂都采用剛性結構,在機械臂操作過程中很難保證系統交互的安全性和可靠性。柔性關節驅動的機械臂能夠提供良好的柔性行為,具有質量輕、靈活性好、能耗低、慣性小等優點,在航空航天、醫療康復等領域具有廣闊的應用前景和發展潛力

。然而,柔性關節的引入使機械臂在運動過程中不可避免地會產生彈性振動,嚴重降低系統的控制精度。

針對柔性關節機械臂的控制問題,學者們提出了基于反饋線性化的控制

、奇異攝動

、滑?？刂?/p>

、PID控制

、反步控制

等多種有效的控制方法。反步法由于設計步驟清晰且容易保證系統的穩定性,受到了學者們的廣泛青睞,但是該方法需要對中間虛擬控制量進行反復求導,存在“計算爆炸”的問題。為此,文獻[13-15]提出了基于動態面控制技術的反步設計法,避免了直接對虛擬控制量進行求導的繁瑣過程。文獻[16]和[17]提出了一種基于二階命令濾波器的反步設計法,不同于動態面控制,它采用二階濾波器,通過積分而非微分過程獲得了虛擬控制量的導數,不僅避免了“計算爆炸”的問題,而且減少了測量噪聲對控制系統的影響。文獻[18]利用二階命令濾波技術為

連桿柔性關節機器人設計了自適應模糊命令濾波控制器,實現了機械臂的高精度跟蹤控制。文獻[19]和[20]還引入誤差補償機制,消除了濾波誤差對控制性能的影響。遺憾的是,這些文獻需要全狀態反饋信息,即要求機械臂角度和角速度均可測量,而在實際應用中,出于空間、重量、成本等因素的考慮,系統往往難以配備所有狀態測量所需的傳感器,因此基于全狀態反饋的控制器便難以被應用?！?br>