外文翻译译文-具有二个灵活自由度的前臂机械手控制

具有二个灵活自由度的前臂机械手控制国立大学机械与生产工程新加坡肯特岗，10 月，新加坡 119260电子邮件：mpehknus.sg （H 克里希南）摘要:在本文中，我们目前的实验结果是关于位置和 2 个灵活自由度的平行四边形机械臂前臂末端效应的振动控制。首先获得一个动态模型的操盘。控制战略的实施来控制机械臂。第一个控制策略在使用降阶动态的基础上计算的扭矩法模型操纵器，它是通过假设所有环节都僵化,这种方法被称为为降阶计算力矩（ROCT）方法。实验结果表明，这样的策略是不好的 TBR 振动控制的机械臂末端效应。第二种控制战略是在局部线性非线性动力学模型基础上的状态反馈控制律设计的。实验结果表明，这种控制战略实现了良好的振动控制机械臂末端效应。然而，由于是基于局部线性化战略，所以只有在一个有效工作点附近,应用一种混合控制器也就是使用 ROCT 的最初的大的运动的操纵器的方法，然后实施。应用切换规则，将状态反馈控制器切换到基于线性模型的控制器，这样机械手有足够的时间接近平衡状态。实验报告结果显示成功将窒碍终点振动控制器的性能论证。关键词: 两自由度柔性机械臂降阶计算力矩控制、振动控制、混合动力控制器1 介绍产业需求的增加和较高的生产率要求机器人有准确地移动和速度。为了实现这一点，就希望有结构较轻的机器人可以提供高速性能和低能源消耗。设计的一个方式用结构轻的机器人是用细长的链接、建模和控制灵活链接操纵器一直受到活跃的研究，在最近几年，灵活的链路操纵具有重量轻的优点，并有一个较大的有效载荷重量比。他们也很容易制造，其设计简单。然而，事实上，链接灵活的机器人手臂运动引入了振动，因此振动的抑制和位置控制在灵活的链路机器人手臂的控制中是非常重要的。一些研究人员研究振动的抑制和位置控制灵活的控制设计机器人手臂（见克雷格 1981 年，1984 年图书，大炮和 1984 年，1986 年黑斯廷斯图书，施米茨佐川 1986 年松，松 1987 年福岛利亚诺 1988 年，王书 Vidyasagar 1991 年，1992 年，利亚诺等德卢卡 1993 年利亚诺，Aoustin 等 1994，建筑和 1994 年，富冢 Khorrami 等 a11994 a11994 Moudgal 等“范德格里夫特等 1994，1994 年朱等人，Banavar 1995 年多米尼克，林叶 t996，参考文献） 。成功实验结果也有报道为单链路和双连杆柔性机器人武器（大炮和 1984 年施密茨，1986 年黑斯廷斯图书; 1986 年佐川及松; 松1987 年福岛 Aoustin 等 1994;建筑及 1994 年富冢; Khorrami 等 1994; Moudgal等 1994; Banavar 多米尼克 1994） 。柔性机器人建模武器已经进行了多篇论文（见 1984 年书，例如） 。人们已经指出（利亚诺图书，1988） ，如果链接是僵硬的，人们可以用奇异摄动振动抑制和仓位控制在 N-LINK 控制设计方法灵活的操控。然而利亚诺与书（1988）给出的控制律要求测量链接偏转率，这是不容易衡量。控制法西西利亚诺等人（1992）作为一个输出反馈策略被修改，并且只需要关节位置测量，简单地说可以从关节速度和链接偏转来得到应变计测量。另一种方法类似于控制设计方法也就得范德格里夫特等人（1994）提出的用于抑制振动和位置正连杆柔性臂机器人的控制。基于动态控制设计方法由Craig（1981） ，这避免了需要对输出反馈补偿器，提出偏转速度。佐川松（1986）2 推导出的动态模型 -自由度平行四边形操纵，并为它设计了一个反馈控制系统。这是松福岛（1987 年） ，获得了令人满意的结果跟进点对点位控制本文的目的是要报告的位置和振动的实验结果控制 2 自由度平行四边形机械臂末端效应提供了灵活的前臂。首先来自一个动态模型。控制战略的实施实验设施。第一控制策略采用计算力矩方法基于降阶的操纵器的动态模型，它是通过假定所有操纵链接是刚性的。这种方法被称为“reducedorder 计算的扭矩（ROCT）方法。第二控制策略的状态反馈控制律设计的基础上的局部线性化的非线性动力学模型该系统。最后，第三个控制策略使用 ROCT 的控制的初始大运动的机械手。然后切换到状态反馈控制律控制的基础上交换规则。这种方法被称为“混合动力控制方法本文的组织如下。第 2 节介绍了实验装置。这是其次3 中的系统动态模型的推导。使用这种动态模式，三个不同的控制策略的开发。第 4 节实验具有灵活的前臂的 2 自由度机械手控制.图 1。操盘灵活的前臂。结果：应用 ROCT 方法5状态反馈控制律和混合控制法进行了讨论，并给出了实验结果。结论:实验装置本节简要说明实验装置。这样做的目的本文以目前的实验结果的位置和振动控制 endeffector2 自由度机械手提供了灵活的前臂。图 1 显示了一个图片的机械臂实验设施。机械手是一个两自由度平行四边形的设计，开发一个类似米尔斯Lokhorst 的（1993 年） 。 （前臂）的最后一个环节是灵活的机器人。它的工作水平平面和 2 DYNASERV 直接驱动的无刷电机的驱动下，使摩擦和侧隙的问题最小化。电机的特性用于在实验机器人示于表 1。需要注意的是电机具有高高性能，高扭矩输出以防止饱和，和高精度的编码器分辨率。 3 种模式，为电机的伺服驱动器，可预置操作控制，即位置控制模式，速度控制模式和转矩/电流控制模式。在这个实验中，我们预设的操作的伺服驱动器的转矩/电流控制模式。因此-8 V 至 8V 之间的电压施加到伺服驱动器允许电机产生的转矩之间的负的最大转矩和正的最大转矩，电压 - 转矩的关系是线性的。因此，直接转矩控制实现。在这个实验中，在端部执行器的机器人的振动测量必不可少的。滨松C2399-00 的位置灵敏检测器（PSD）是用于此的目的。这是一个积极的类型，光电位置感测单元，其测量单点的光点集中在传感器头的位置。使用红外 LED安装作为目标的尖端处的柔性连杆的 LED 的运动是测得的传感器被安装在图 1中所示的照相机。图 2 显示了实验中所用的有源型的示意图 PSD。的优点是C2399-00 PSD 是，它使用了一个非离散的二维位置，硅 PSD 传感。 PSD 的非离散性允许准确度高，计量位置。 LED 是脉冲调制在传感器头和光学过滤用内建背景光消除电路，使得精确的测量，即使在明亮的位置。由于它不需要扫描，它提供了良好的响应速度。测量精度高和良好的响应速度的优势使得它非常适合用于振动测量。 PSD C2399-00 的额定位置分辨率是 1/5000，其采样速率为312.5 赫兹。该传感器探头的 PSD 是一个数码相机，采用了 C-mount 镜头。合适的透镜的选择是基于下面 2 个因素：（1）所需要的角度来看，这是由现场的尺寸，和（2）最小照度水平的区域进行监测 随着正交编码器输入卡电机编码器用于测量链路角位移。的链接角速度，然后通过数值分化。输入此卡空调的 4 级数字滤波器。实验中，将编码器信号从 2 电机输入到卡上，它提供了到计算机的数字计数。主机电脑是 IBM 兼容 PC机与 486DX33 微处理器 8MB RAM 中。在 C 语言编写的程序，用来控制机械手。 菜单驱动控制面板允许用户输入控制参数，如所需的最终位置机械臂，采样率，增益常数。在每个采样时间，计算机读取数字输入数据，执行伺服计算，并写入数字输出的数据。D / A 转换器，数字电脑在双极模式运行，并有一个14 -位分辨率和转换时间小于 42 FXS。输出电压范围的 D/ A 转换为-8V+8 V 和它的输出连接到伺服驱动器通过一个紧急停止电路和一个自定义电路。这些都是用于控制电压的两个电机。在 A / D 转换器提供的模拟信号的模拟 - 数字