基于扰动观测器的工业机器人高精度闭环鲁棒控制

作     者：张泽坤 国凯 孙杰 ZHANG Zekun;GUO Kai;SUN Jie

作者机构：山东大学机械工程学院济南250061 教育部高效洁净机械制造重点实验室济南250061 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2022年第58卷第14期

页      面：62-70页

核心收录：

学科分类：0711[理学-系统科学] 08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51975335) 山东省重点研发计划(2019GGX104008,2019JZZY020318)资助项目。 

主　　题：工业机器人 在线补偿 扰动观测器 滑模控制 

摘      要：工业机器人具有很高的重复定位精度但绝对定位精度较低,这限制了其在高精度加工中的应用。提高绝对定位精度的传统方法有几何参数标定和离线误差补偿,但它们的绝对定位误差仍有数百微米,往往不能满足要求。更有效的绝对定位精度提升手段是在线补偿,但目前相关研究大多基于简单的PID控制,难以在复杂工况下实现精确的轨迹跟踪。因此提出一种高精度鲁棒控制方法以提高工业机器人在线补偿中的位置控制精度和对于外界扰动的抵抗能力。该方法使用激光跟踪仪实时测量机器人末端位置,通过二阶扰动观测器识别外部扰动,并在扰动观测的基础上以滑模控制器完成机器人的鲁棒控制,其中扰动观测器观测误差的有界性和闭环系统的渐进稳定性均通过李雅普诺夫方法得到证明。该方法在COMAU工业机器人上得到验证,试验结果表明使用基于扰动观测器的闭环鲁棒控制进行在线补偿时,笛卡儿空间内追踪误差模值的方均根值为0.037 mm,仅为基于PID在线补偿方法的39%。