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浙江大学学报(工学版)
能源与机械工程     
舵机驱动的足式机器人腿部运动性能优化策略
邓学磊, 杨灿军, 毕千, 范锦昌, 尚伟燕
浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室,浙江 杭州 310027
Optimize control strategy for servo-driven leg robots
DENG Xue-lei, YANG Can-jun, BI Qian, FAN Jin-chang, SHANG Wei-yan
State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
 全文: PDF(1827 KB)   HTML
摘要:

针对利用舵机控制多足大负载机器人中,因负载及自身重量导致的机器人运动控制精度下降的问题,提出通过对非线性进行前馈补偿的方式,减小误差的控制策略.对四自由度腿部结构进行运动学建模,完成运动学正逆解,通过仿真验证结果的正确性,得到各关节的理想输入角度;在试验时检测舵机控制过程中的饱和及摩擦非线性现象,分析产生原因,利用数学表达式对该现象曲线进行描述,线性回归辨识出表达式中的关键参数;在考虑非线性环节的基础上改进现有的控制策略,加入前馈补偿,以减小控制误差;通过对竖直直线运动和抛物线2种轨迹的试验可知,角度相对误差稳定在1%左右.

Abstract:

A control strategy was proposed to reduce the control error for the multi-legged robots with large load driven by servos, because of the decreased accuracy of robot motion control due to the load and its own weight. The solution of forward kinematics and inverse kinematics was finished based on the kinematics modeling of a four degrees-of-freedom leg. The accuracy was verified using simulation. The desired angles of each joint were got. A nonlinear phenomenon including saturation and backlash occured. Mathematical expressions were founded to describe this phenomenon. The key parameters were identified by linear regression. The control strategy was improved by adding a feedforward compensation in order to reduce the error. Two different tracks including vertical linear motion and parabola motion were used to verify the strategy. The relative error was about 1% or less.

出版日期: 2015-04-01
:  TP 242  
基金资助:

浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室创新基金资助项目(SKLoFP_CX_1303)

通讯作者: 杨灿军,男,教授     E-mail: ycj@zju.edu.cn
作者简介: 邓学磊(1990—),男,硕士生,从事外骨骼机器人的研究.E-mail: 478998155@qq.com
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引用本文:

邓学磊, 杨灿军, 毕千, 范锦昌, 尚伟燕. 舵机驱动的足式机器人腿部运动性能优化策略[J]. 浙江大学学报(工学版), 10.3785/j.issn.1008-973X.2015.04.005.

DENG Xue-lei, YANG Can-jun, BI Qian, FAN Jin-chang, SHANG Wei-yan. Optimize control strategy for servo-driven leg robots. JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY (ENGINEERING SCIENCE), 10.3785/j.issn.1008-973X.2015.04.005.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2015.04.005        http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2015/V49/I4/638

[1] NELSON G M, QUINN R D, BACHMANN R J. Design and simulation of a cockroach like hexapod robot [C]∥ Proceedings of Robotics and Automation. Albuquerque: \[s.n.\], 1997.
[2] KINGSLEY D A, QUINN R D, RITZMANN R E. A cockroach inspired robot with artificial muscles [C]∥Intelligent Robots and Systems. Beijing: [s. n.], 2006: 1837-1842.
[3] 王倩,陈甫,臧希喆,等.新型六足机器人机构与控制系统设计[J].机械设计与制造,2008, 3(3): 148-150.
WANG Qian, CHEN Fu, ZANG Xi-zhe, et al. Design of mechanism and control system of a new hexapod robot [J]. Machinery Design and Manufacture, 2008, 3(3): 148-150.
[4] 林忠万,符强,李玉忍.基于DSP的导弹舵机控制系统的研究[J].航天控制,2004, 22(1): 46-49.
LIN Zhong-wan, FU Qiang, LI Yu-ren. Study on missile actuation system based on DSP [J]. Aerospace Control, 2004, 22(1): 46-49.
[5] 李赛辉,雷金奎.基于DSP的数字舵机控制系统的设计与实现[J].计算机测量与控制,2009, 17(3): 484-486.
LI Sai-hui, LEI Jin-kui. Design and implementation of digital rudder control system based on DSP [J]. Computer Measurement and Control, 2009, 17(3): 484-486.
[6] 万彦辉,李存志,郭华,等.一种基于分形修正PID算法的弹上舵机控制器[J].西安电子科技大学学报: 自然科学版, 2007, 34(1): 145-148.
WAN Yan-hui, LI Cun-zhi, GUO Hua, et al. A steering gear system controller in missiles based on the fractal modified PID algorithm [J]. Journal of Xidian University: Natural Science, 2007, 34(1): 145-148.
[7] 刘兴中,唐德宇,郑自伟,等.一种四轴舵机控制系统关键技术研究[J].微电机,2011, 44(10): 64-68.
LIU Xing-zhong, TANG De-yu, ZHENG Zi-wei, et al. Research on several techniques of four axis rudder control system [J]. Micromotors, 2011, 44(10): 64-68.
[8] 李全福,万彦辉,郭华.模糊PID控制算法在电动舵机控制中的应用[J].微电机,2007, 44(12): 28-30.
LI Quan-fu, WAN Yan-hui, GUO Hua. Study on fuzzy-PID control of electrical control actuator based on DSP [J]. Micromotors, 2007, 44(12): 28-30.
[9] 董真,姜新建.舵机伺服系统优化控制策略的研究[J].微电机,2012, 45(10): 48-52.
DONG Zhen, JIANG Xin-jian. Study on optimized control strategy of rudder servo system [J]. Micromotors, 2012, 45(10): 48-52.
[10] 胡林.高精度舵机控制器的研制[D].西安:西安工业大学, 2006.
[11] 骆光照.电动舵机的鲁棒控制研究[D].西安: 西安工业大学, 2003.
[12] 金波,陈诚,李伟.基于能耗优化的六足步行机器人力矩分配[J].浙江大学学报:工学版, 2012, 46(7): 1168-1174.
JIN Bo, CHEN Cheng, LI Wei. Optimization of energy-efficient torque distribution for hexapod walking robot [J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2012, 46(7): 1168-1174.
[13] 徐生林,刘艳娜.两足机器人的SimMechanics建模[J]. 浙大学报:工学版, 2010(7): 1361-1367.
XU Sheng-lin, LIU Yan-na. Modeling of biped robot by SimMechanics [J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2010(7): 1361-1367.
[14] DE WIT C C, OLSSON H, ASTROM K J, et al. A new model for control of systems with friction [J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 1995, 40(3): 419-425.

[1] 高德东, 李强, 雷勇, 徐飞, 白辉全. 基于几何逼近法的斜尖柔性穿刺针运动学研究[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(4): 706-713.
[2] 汤志东, 贠超. 全自动快换装置快速接头技术综述[J]. 浙江大学学报(工学版), 2017, 51(3): 461-470.
[3] 张湧涛, 宋志伟, 王一, 粘山坡. 基于空间网格的机器人工作点位姿标定方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(10): 1980-1986.
[4] 徐显金, 吴龙辉, 杨小俊, 汤亮, 杨永峰. 高压直流巡检机器人的磁力驱动方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(10): 1937-1945.
[5] 朱雨时,杨灿军,吴世军,徐晓乐,周璞哲,单鑫. 水柱测量中的水下滑翔机转向性能[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(9): 1637-1645.
[6] 贾松敏,卢迎彬,王丽佳,李秀智,徐涛. 分层特征移动机器人行人跟踪[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(9): 1677-1683.
[7] 丁夏清,杜卓洋,陆逸卿,刘山. 基于混合势场的移动机器人视觉轨迹规划[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(7): 1298-1306.
[8] 刘亚男,倪鹤鹏,张承瑞,王云飞,孙好春. 基于PC的运动视觉一体化开放控制平台设计[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(7): 1381-1386.
[9] 张阿龙, 章明, 乔明杰, 朱伟东, 梅标. 基于视觉测量的环形轨底座位姿标定方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(6): 1080-1087.
[10] 江文婷, 龚小谨, 刘济林. 基于增量计算的大规模场景致密语义地图构建[J]. 浙江大学学报(工学版), 2016, 50(2): 385-391.
[11] 黄奇伟, 章明, 曲巍崴, 卢贤刚, 柯映林. 机器人制孔姿态优化与光顺[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(12): 2261-2268.
[12] 李巍, 赵志刚, 石广田, 孟佳东. 多机器人并联绳牵引系统的运动学及动力学解[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(10): 1916-1923.
[13] 马子昂,项志宇. 光流测距全向相机的标定与三维重构[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(9): 1651-1657.
[14] 何雪军, 王进, 陆国栋, 陈立. 基于蚁群算法的机器人图像绘制序列优化[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(6): 1139-1145.
[15] 袁康正,朱伟东,陈磊,薛雷,戚文刚. 机器人末端位移传感器的安装位置标定方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2015, 49(5): 829-834.