控制与决策

作者：张安龙,林志赟,王博,韩志敏

单位：杭州电子科技大学 自动化学院，杭州 310018,,南方科技大学 自动化与智能制造学院，广东 深圳 518055;南方科技大学 深圳市控制理论与智能系统重点实验室，广东 深圳 518055;鹏城实验室，广东 深圳 518000,,杭州电子科技大学 自动化学院，杭州 310018,,杭州电子科技大学 自动化学院，杭州 310018,

关键词：轨迹跟踪控制;力补偿;模型预测控制;串联弹性执行器;协作机械臂;机器人控制

基金：国家自然科学基金项目 (62173118)；深圳市科技计划项目 (KQTD20221101093557010)；深圳市控制理论与智能系统重点实验室项目 (ZDSYS20220330161800001).

针对柔性关节机械臂控制精度低和轨迹跟踪控制动态性能差等问题, 提出一种笛卡尔空间力补偿的轨迹跟踪控制算法, 旨在提高笛卡尔空间轨迹跟踪精度. 首先, 介绍串联弹性执行器和六自由度机械臂系统模型, 并设计基于神经网络模型预测控制的关节空间位置-速度-力矩混合控制算法; 接着, 基于该关节控制器设计基于柔性关节机械臂的笛卡尔空间力补偿控制算法, 根据笛卡尔空间的跟踪误差并结合PID控制器计算笛卡尔空间中的力补偿值; 其次, 将其转换为关节力矩补偿值并补偿到关节控制器, 以实现高精度的笛卡尔空间轨迹跟踪, 笛卡尔空间力补偿能够有效地抵消外部干扰和系统不确定性, 减小系统的跟踪误差, 使机械臂能够更准确地跟踪目标轨迹; 最后, 通过仿真和实验验证了该控制器的有效性和优越性. 实验结果表明, 所设计的轨迹跟踪控制器整体精度为1.86 mm, 相较于无补偿的轨迹跟踪和基于位置补偿的轨迹跟踪控制算法, 精度分别提升了2.91 mm和1.77 mm.

来源：2025年第6期

《控制与决策》期刊编辑部

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