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近年来,工业机器人已经被广泛使用在许多工厂自动化领域。在机器人的众多执行任务中,与环境相接触的任务必不可少。机器人的接触任务不仅需要位置控制,而且也需要对接触力进行控制,这样才能保证机器人与环境之间的安全工作模式。以往,许多学者针对机器人稳定接触任务问题提出了力控制方法[1-2]。其中,阻抗控制和位置/力混合控制是机器人力控制的两个主要策略[3-4]。
通常的工业机器人具备精确且鲁棒性高的位置控制器。基于这一发展现状,以位置控制器作为控制内环的基于位置的阻抗控制策略(position based impedance control, PBIC)被首先应用于执行交互任务的工业机器人[5]。该方法不需要修改任何传统的位置控制器,能够完成系统由自由运动到接触运动的平稳转换。然而,当接触环境参数超出控制器设计阶段所预估值以外的情况,PBIC就很可能不能保证接触任务的稳定性[6]。在这种情况下,由于系统的稳定性与外界环境参数密切相关,基于模型鲁棒控制方法的阻抗控制机器人必须对阻抗控制中的参数进行重新设计。为防止环境参数变化引起潜在的不稳定问题,针对未知不确定的环境参数离线估计方法、文献[7-8]提出在线识别方法以及自适应阻抗控制等方法。同时,基于神经网络和模糊控制和的智能力控制算法与传统控制方法结合,补充了其自身控制方法的不足,提高了系统性能[9]。然而,这些控制算法难以解决环境参数巨幅变化的情况。
本文提出一种新的自适应边界能量(EBM)控制算法,该方法首先将工业机器人由位置控制模式变为基于位置的阻抗控制(PBIC)模式,然后根据实验或经验所得环境参数范围设计PBIC控制器。在通常情况下,由于实验和经验的限制,这些环境参数有可能是不确定参数或变量,而自适应边界能量法通过在线估计控制参数来提高性能。同时,当环境参数在初始预估的范围内时,这种自适应边界能量法能够保留最初的阻抗控制性能。该方法使用基于位置控制的阻抗模式完成接触力任务,并能保证具有鲁棒性的稳定接触,尤其适用于环境刚度巨幅变化的场合。
Compliant Control Research Based on Adaptive Energy Bounding Method
doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.026
- Received Date: 2015-10-12
- Rev Recd Date: 2017-06-19
- Publish Date: 2017-11-30
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Key words:
- adaptive control /
- compliant control /
- energy-bounding method /
- impedance control
Abstract: Impedance control is an effective method to deal with contact task of robot, but this method can only guarantee the stability of system for assumed range of environments. Aiming at this problem, this paper proposes a new adaptive energy boundary method (EBM), which improves system performance by on-line estimation of control parameters, and guarantees the stability of system. Under the control method, the system can keep expected contact force stably, and have strong robustness when contact with uncertain environment. To verify the effectiveness of the proposed method, theoretical and simulation researches are conducted to pneumatic hydraulic combination compliant control system, which prove the effectiveness of the method.
Citation: | WANG Hong-yan, LIU Chun-jie, HUANG Zhi. Compliant Control Research Based on Adaptive Energy Bounding Method[J]. Journal of University of Electronic Science and Technology of China, 2017, 46(6): 949-954. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.06.026 |