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高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究引言

时间：2017-07-27 来源：机器人在线 阅读：7943 原创
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码垛机器人在高速重载运行情况下，关节柔性的影响不容忽略，要实现对码垛机器人基于能耗最优轨迹的高速高精度运动控制，就对控制系统的设计提出了更高的要求。由于高速码垛对于机器人的快速启停性能有很高的要求，所以需要考虑机器人在低速运行情况下阻尼的影响。本章将从高速高精度的性能要求出发，首先对机器人进行摩擦辨识，以减小低速运行情况下摩擦对控制的影响。之后使用模糊变结构滑模控制算法对机器人进行控制，并加入摩擦补偿，以提高机器人运行的轨迹跟踪精度，改善其动态响应性能，最后通过仿真分析验证上述算法的有效性。

4.2机器人关节的摩擦辨识
4.2.1 LuGre摩擦模型
在机器人系统中，关节摩擦的存在是影响机器人高动态性能的重要因素。常用的摩擦模型主要有静态模型及动态模型。静态模型能反映出摩擦力的变化趋势，但不能描述摩擦的动态变化过程，所以考虑使用动态模型对关节摩擦进行描述。较为经典的动态摩擦模型是LuGre模型，它能较好地解释摩擦学中的Stribeck效应，基本原理如图4-1所示，其中，v为鬃毛的平均弹性变形，为接触面间的相对移动速度。
LuGre模型从微观角度出发描述摩擦这一宏观现象，它将物体间的接触等效为柔性鬃毛的接触，鬃毛的平均弹性变形Z决定了摩擦力的大小，变形足够大时，鬃毛开始相对运动，达到稳态时，其变形大小由相对速度、决定。LuGre模型描述的摩擦力大小与相对速度之间的数学关系如式(4-1)所示。
4.2.2摩擦辨识方法
为了得到式(4-4)中所需的需要对这些参数进行辨识。由于(4-4)中考虑的为系统稳态时的摩擦力，所以使用速度稳定时的摩擦力进行估计。
当考虑关节摩擦时，单关节的系统动力学可以写为
码垛机器人 高速重载码垛机器人能耗最优轨迹规划和控制研究 技术干货
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