本研究提出了一种应用于机械臂控制领域的直线轨迹规划方法,该方法利用五段S型速度曲线在高刚度条件下实现速度随时间的动态变化。通过精确控制速度曲线,优化了机械臂的直线运动轨迹,提高了运动效率和精度。
背景技术
机械臂的位置控制主要分为关节空间控制以及笛卡尔空间控制。机械臂关节空间的控制需要由逆运动学模块将笛卡尔任务轨迹映射到关节空间,得到关节空间轨迹之后通过关节层控制器跟踪该轨迹。对于关节层控制器,最简单的为当机械臂运动较慢时,且传动部分选用大减速比,此时的机械臂系统可以看成是线性系统,其非线性耦合部分可以忽略,此时对各个关节采用PD控制。虽然基于独立的各个关节的PD控制的机械臂关节空间控制器具有渐进稳定性,但是无法保证所有任务点的稳定。
上述控制没有考虑机械臂的动力学模型,因此称为“非基于模型控制”。当机械臂运动速度较快,此时机械臂各部分之间非线性耦合严重。若要进行精确的位置控制,则需要考虑机械臂的动力学模型。即“基于模型的控制”,也即“动态控制”。这种基于模型的机械臂控制方案可以使得机械臂具有较好的动态性能。对于基于模型的机械臂的控制通常包括内控制回路以及外控制回路,其中内控制环主要反馈动力学补偿量,其将非线性控制系统解耦为线性系统。其外控制回路中的控制器可以采用PD控制器,自适应控制器等。
无论是基于模型的PD控制还是不基于模型的PD控制都存在同一个问题,当作为增益的刚度矩阵较大时,虽然能够保证机械臂能够更加精确的到达指定点位,但是机械臂的运动速度将会随增益的增大而增大,极有可能出现安全问题。
实现思路