Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Điều khiển nâng cao dựa trên năng lượng cho robot hai liên kết không đủ kích hoạt với khớp đầu tiên linh động
Tóm tắt
Bài báo này liên quan đến việc kiểm soát nâng cao của một robot hai liên kết hoạt động trong mặt phẳng thẳng đứng, với một bộ truyền động duy nhất ở khớp thứ hai và một lò xo xoắn thẳng ở khớp đầu tiên. Đầu tiên, chúng tôi trình bày một điều kiện cần và đủ để robot có thể điều khiển tuyến tính tại điểm cân bằng thẳng đứng (UEP, nơi hai liên kết đều thẳng đứng). Thứ hai, chúng tôi chứng minh mà không cần giả định rằng robot ở một điểm cân bằng miễn là góc khớp có bộ truyền động của nó là hằng số dưới một mô-men không đổi. Thứ ba, đối với robot có độ cứng xoắn của lò xo không lớn hơn một giá trị xác định bởi các hệ số của các thành phần trọng lực, chúng tôi đề xuất một bộ điều khiển nâng lên dựa trên năng lượng mà không có các điểm singular. Chúng tôi thực hiện một phân tích chuyển động toàn cục cho robot dưới bộ điều khiển được đề xuất. Đối với trường hợp năng lượng cơ học tổng của robot hội tụ tới giá trị mong muốn, chúng tôi trình bày bức tranh pha của giải pháp vòng kín. Đối với trường hợp không đạt được sự hội tụ, chúng tôi cho thấy giải pháp vòng kín tiếp cận một điểm cân bằng thuộc về một tập hợp các điểm cân bằng, và đưa ra một điều kiện đủ để kiểm tra tính không ổn định của nó. Từ phân tích chuyển động, chúng tôi trình bày một điều kiện đủ để robot có thể được nâng lên gần với UEP dưới bộ điều khiển nâng lên được đề xuất. Cuối cùng, chúng tôi xác minh những kết quả lý thuyết của mình thông qua một mô phỏng số.
Từ khóa
#điều khiển robot #khớp linh động #năng lượng #mô phỏng số #điểm cân bằngTài liệu tham khảo
Baek, I., Kim, H., Lee, S., Hwang, S., Shin, K.: Swing-up control design for spring attatched passive joint Acrobot. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 21(7), 1865–1874 (2020)
Chen, B., Huang, J., Ji, J.: Control of flexible single-link manipulators having Duffing oscillator dynamics. Mech. Syst. Signal Process. 121, 44–57 (2019)
Fantoni, I., Lozano, R.: Non-linear Control for Underactuated Mechanical Systems. Springer, New York (2001)
Fantoni, I., Lozano, R., Spong, M.W.: Energy based control of the Pendubot. IEEE Trans. Autom. Control 45(4), 725–729 (2000)
Feliu-Talegon, D., Feliu-Batlle, V.: Passivity-based control of a single-link flexible manipulator using fractional controllers. Nonlinear Dyn. 95(3), 2415–2441 (2019)
Hauser, J., Murray, R.M.: Nonlinear controllers for non-integrable systems: the acrobot example. In: Proceedings of the 1990 American Control Conference, pp. 669–671 (1990)
Huang, J., Ji, J.: Vibration control of coupled Duffing oscillators in flexible single-link manipulators. J. Vib. Control 27(17–18), 2058–2068 (2021)
Kailath, T.: Linear systems. Prentice-Hall (1980)
Khalil, H.K.: Nonlinear Systems, 3rd edn. Prentice-Hall, Upper Saddle River (2002)
Liu, Y., Xin, X.: Global motion analysis of energy-based control for 3-link planar robot with a single actuator at the first joint. Nonlinear Dyn. 88(3), 1749–1768 (2017)
Spong, M.W.: The swing up control problem for the Acrobot. IEEE Control Syst. Mag. 15(1), 49–55 (1995)
Spong, M.W., Block, D.J.: The Pendubot: a mechatronic system for control research and education. In: Proceedings of the 34th IEEE Conference on Decision and Control, pp. 555–556 (1995)
Troge, H., Steindl, A.: Nonlinear Stability and Bifurcation Theory: An Introduction for Engineers And Applied Scientists. Springer, New York (1991)
Xin, X.: On simultaneous control of the energy and actuated variables of underactuated mechanical systems-example of the acrobot with counterweight. Adv. Robot. 27(12), 959–969 (2013)
Xin, X., Kaneda, M.: Analysis of the energy based swing-up control of the Acrobot. Int. J. Robust Nonlinear Control 17(16), 1503–1524 (2007)
Xin, X., Liu, Y.: A set-point control for a two-link underactuated robot with a flexible elbow joint. Trans. ASME -J. Dyn. Syst. Measure. Control 135(5), 0510161-1–051016-10 (2013)
Yoshikawa, T., Hosoda, K.: Modeling of flexible manipulators using virtual rigid links and passive joints. Int. J. Robot. Res. 15(3), 290–299 (1996)
Zhang, A., Lai, X., Wu, M., She, J.: Nonlinear stabilizing control for a class of underactuated mechanical systems with multi degree of freedoms. Nonlinear Dyn. 89(3), 2241–2253 (2017)
Zhang, A., She, J., Li, Z., Pang, G., Liu, Z., Qiu, J.: Nonlinear dynamics analysis and global stabilization of underactuated horizontal spring-coupled two-link manipulator. Complexity 2020, 9096073 (2020)