论文：Puma控制器改造中的控制算法探究.pdfVIP

Puma控制器改造中的控制算法探究1 高理富 宋宁 中科院合肥智能机械研究所 合肥市1130 信箱 230031 摘要：本文针对 Puma 控制器改造中的控制问题，在论述机器人控制算法研究现状的基础上，阐述了 PID 控制原理及其在实际应用中应注意的相关问题，进而对影响机器人控制精度的因素进行讨论，并在论文中 给出了相关的实验结果。 关键词： 机器人 puma PID 控制精度 Research on Control Method for Puma Controller Modification GaoLiFu SongNing Abstract: In this paper we will glance over the process of robot control method first, then explain how the PID works and what we should do in the application, finally discuss the factors affecting the precision of the puma robot control. At the same time some experiment data will be showed to prove the associated theory. Keywords: robot puma PID control precision 1 综述 第三代机器人即智能机器人的一个重要特征是配备有能够将周围环境的各种信息及时 地反馈给机器人控制系统的较为齐全的传感器，这要求机器人系统无论在硬件上还是在软 件上都要为各种传感器提供一个开放的接口，这对PUMA 机器人来说必然是一种冲击。为 了更好的利用实验室拥有的PUMA 机器人，从自身的需求出发我们对PUMA 机器人进行了 改造，以期能为各种机器人传感器集成提供一个合适的机器人作业平台，并希望能为机器 人控制算法的研究提供一个实现空间，参考文献[1]介绍了PUMA 机器人硬件改造等方面的 内容，本文主要针对改造中的控制问题进行阐述。 由于PUMA机械臂是高度非线性、强耦合、位姿时变的多变量系统，如何实现高速运 动，且具有较好的跟踪精度和灵巧的操作能力，一直是机器人研究的一个重要课题。从目 前机器人控制的研究现状来看，PID控制以其算法的简单性、实用性和有效性被广泛应用于 实际工作中，是目前发展最为成熟的算法。但PID控制是基于误差反馈的控制算法，在控制 的动态过程中难以取得好的效果。为此人们提出了各种各样的控制方法，归纳起来大体上 可分为三类：基于模型控制、自适应控制和智能控制。基于模型的控制算法需要计算机器 人的相关运动学和动力学模型，在模型的基础上设计相关的控制算法，较具代表性的有阻 抗控制（Impedance Control ）方法、计算力矩控制等，阻抗控制最早由Hogan[2]提出，经 Salisbury[3]、Hogan[4]、 Maples[5]、 Kazeooni [6]、Schutter[7]等人的努力逐渐发展成熟的。其 特点是根据机器人操作空间中操作力和关节空间中关节运动之间的关系，通过调整机器人 各个关节的运动来控制操作空间中的操作力，当把力反馈信号转换成为位置调整量时称为 刚度控制；当把力反馈信号转换成为速度调整量时称为阻尼控制；当把力反馈信号同时转 换成为位置和速度调整量时则称为阻抗控制。计算力矩控制将控制器分解成两部分：基于 模型控制部分和伺服控制部分，模型控制部分利用模型的知识，消除掉其中的非线性和耦 合，使得闭环系统成为线性解耦系统，伺服控制部分利用反馈控制来校正力矩，以补偿轨 迹偏差。 1 本文得到了863 计划机器人主题的资助 555 很明显基于模型的控制算法需要知道机器人的精确数学模型，而这一要求在实际应用 中很难得到满足，另外在机器人系统中还存在一些不确定的因素，例如机器人作业中的负 载变化、模型参数误差、观测噪声以及众多的不确定外界干扰等，这些因素将影响基于模 型控制器的控制品质，甚至引起系统不稳定。针对系统中存在的种种不确定因素，人们提 出了各种各样的控制方法，其中较有代表性的方法有鲁棒