基于预设性能函数的机械臂快速无超调拟人运动控制算法

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.180499

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2019, Vol. 47 ›› Issue (10): 42-50.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.180499

基于预设性能函数的机械臂快速无超调拟人运动控制算法

赵京¹ 王炎^{1， 2†} 陈雨青²

1．北京工业大学机械工程及应用电子技术学院，北京 100124;
2．贵阳学院电子与通信工程学院，贵州贵阳 550005

收稿日期:2018-11-09 修回日期:2019-04-24 出版日期:2019-10-25 发布日期:2019-09-01
通信作者: 王炎( 1982-) ，男，博士生，讲师，主要从事机器人控制及导航研究 E-mail:wywy711@163.com
作者简介:赵京( 1962-) ，男，博士，教授，主要从事机器人运动规划及控制研究
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 51975008) ;贵州省科技厅联合基金计划项目( 黔科合 LH 字［ 2015］ 7300 号) ;贵阳市科技局－贵阳学院科技专项资金项目( GYU-KYZ［ 2019 ～ 2020］DT-05) ; 贵阳学院高层次人才启动经费项目( GYU-ZRD ［ 2018-036］)

Fast-Response Anthropomorphic Motion Control Algorithm Without Overshoot of Humanoid Manipulator Based on Prescribed Performance Function

ZHAO Jing¹ WANG Yan^{1， 2} CHEN Yuqing²

1． College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology，Beijing University of Technology，Beijing 100124， China;
2． School of Electronic and Communication Engineering，Guiyang University，Guiyang 550005，Guizhou，China

Received:2018-11-09 Revised:2019-04-24 Online:2019-10-25 Published:2019-09-01
Contact: 王炎( 1982-) ，男，博士生，讲师，主要从事机器人控制及导航研究 E-mail:wywy711@163.com
About author:赵京( 1962-) ，男，博士，教授，主要从事机器人运动规划及控制研究
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China( 51975008)

摘要/Abstract

摘要： 为保证机械臂在与人互动过程中的安全性，实现无超调的快速响应，文中对传统 PID 控制进行改进，引入预设性能控制，提出了一种机械臂快速无超调拟人运动控制算法．该算法以 PID 控制为基础，利用预设性能控制令控制误差的收敛速度及超调量满足预先设定的条件，同时把控制误差收敛到一个预先指定的比较小的区域内，从而实现对系统稳态及动态性能( 包括超调量和收敛速度等) 的控制．空间三关节机械臂的仿真分析表明，所提出的预设性能PID 控制与传统 PID 控制相比，具有响应快、无超调等优点，比较适合机械臂的拟人运动控制．文中最后通过四自由度 Dobot 机械臂的样机实验分析验证了所提算法的有效性．

关键词: 机械臂, 预设性能函数, 拟人运动控制, PID 控制, 快速无超调响应

Abstract: In order to ensure safety in the process of interaction between people and the manipulator and acquire the fast response without overshoot， the traditional PID control was improved by introducing the prescribed performance control，and a fast humanoid motion control algorithm without overshoot for the manipulator was proposed． Based on PID control， the algorithm utilizes the prescribed performance control to make the convergence speed and overshoot of control errors satisfy the preset conditions，and make the control error converge to a preset relatively small area， so as to control the steady and dynamic performance of the system ( including overshoot and convergence speed， etc. ) ． The analysis results of modeling and simulation of spatial three joints manipulator show that the proposed prescribed performance PID control has the advantage of fast response and no overshoot comparing with the traditional PID control． Thus，the control algorithm suits to anthropomorphic manipulator motion control． Finally，the validity of the algorithm was verified by the prototype experiment of Dobot robot with 4 degrees of freedom．

Key words:

humanoid manipulator, prescribed performance function, anthropomorphic motion control, PID control, fast response without overshoot

中图分类号:

赵京王炎陈雨青. 基于预设性能函数的机械臂快速无超调拟人运动控制算法[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(10): 42-50.

ZHAO Jing WANG Yan CHEN Yuqing. Fast-Response Anthropomorphic Motion Control Algorithm Without Overshoot of Humanoid Manipulator Based on Prescribed Performance Function[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2019, 47(10): 42-50.

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基于预设性能函数的机械臂快速无超调拟人运动控制算法

Fast-Response Anthropomorphic Motion Control Algorithm Without Overshoot of Humanoid Manipulator Based on Prescribed Performance Function

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