Tài liệu Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc cho điều khiển chuyển động và lực cánh tay Robot: Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 3
THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT LỰC/VẬN TỐC CHO ĐIỀU KHIỂN
CHUYỂN ĐỘNG VÀ LỰC CÁNH TAY ROBOT
Đào Minh Tuấn1*, Trần Đức Thuận2
Tóm tắt: Trong bài báo này, bộ quan sát lực và vận tốc được thiết kế dựa trên cơ
sở lý thuyết bộ quan sát GPI (Generalized Proportional Integral). Bộ quan sát được
xây dựng để ước lượng và cập nhật lực tương tác giữa điểm tác động cuối của cánh
tay robot với môi trường đồng thời ước lượng và cập nhật vận tốc các khớp của
cánh tay robot. Để đánh giá chất lượng bộ quan sát đã thiết kế, nhóm tác giả đã
thực hiện mô phỏng kiểm chứng bộ quan sát kết hợp với thuật toán điều khiển PID
để điều khiển chuyển động và lực trên cánh tay robot A465 của CRS Robotics trong
điều kiện chuyển động bị ràng buộc.
Từ khóa: Điều khiển robot, Điều khiển lực, Điều khiển lai lực/vị trí, Bộ quan sát GPI.
1. MỞ ĐẦU
Khi cánh tay robot làm việc trong môi trường có ràng buộc, sẽ tồn tại lực tư...
11 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 322 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc cho điều khiển chuyển động và lực cánh tay Robot, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 3
THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT LỰC/VẬN TỐC CHO ĐIỀU KHIỂN
CHUYỂN ĐỘNG VÀ LỰC CÁNH TAY ROBOT
Đào Minh Tuấn1*, Trần Đức Thuận2
Tóm tắt: Trong bài báo này, bộ quan sát lực và vận tốc được thiết kế dựa trên cơ
sở lý thuyết bộ quan sát GPI (Generalized Proportional Integral). Bộ quan sát được
xây dựng để ước lượng và cập nhật lực tương tác giữa điểm tác động cuối của cánh
tay robot với môi trường đồng thời ước lượng và cập nhật vận tốc các khớp của
cánh tay robot. Để đánh giá chất lượng bộ quan sát đã thiết kế, nhóm tác giả đã
thực hiện mô phỏng kiểm chứng bộ quan sát kết hợp với thuật toán điều khiển PID
để điều khiển chuyển động và lực trên cánh tay robot A465 của CRS Robotics trong
điều kiện chuyển động bị ràng buộc.
Từ khóa: Điều khiển robot, Điều khiển lực, Điều khiển lai lực/vị trí, Bộ quan sát GPI.
1. MỞ ĐẦU
Khi cánh tay robot làm việc trong môi trường có ràng buộc, sẽ tồn tại lực tương tác
giữa điểm tác động cuối của cánh tay robot với bề mặt môi trường. Lực tương tác này gồm
lực do cánh tay robot tác động lên bề mặt môi trường và phản lực của bề mặt môi trường
tác động ngược lên điểm tác động cuối cánh tay robot. Khi điều khiển chuyển động của
cánh tay robot, lực tương tác này phải được điều khiển. Các nghiên cứu về điều khiển lực
cánh tay robot công nghiệp chia làm hai hướng nghiên cứu khác nhau. Hướng thứ nhất là
điều khiển trở kháng [1-3]. hướng thứ 2 là điều khiển hỗn hợp tức là điều khiển lai trở
kháng [4], và điều khiển lai giữa lực và vị trí [5].
Các nghiên cứu trên đều xét giả định với mô hình động lực học xác định và các giá trị
phản hồi về vận tốc cũng như lực tương tác tại điểm tác động cuối đều được lấy từ cảm
biến vận tốc và cảm biến lực. Tuy nhiên, có nhiều hạn chế khi sử dụng các cảm biến này
ví dụ như robot làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao làm giảm độ chính xác của cảm
biến, giá thành cao, vị trí lắp đặt cảm biến hạn chế... Để giải quyết vấn đề này, một giải
pháp được đưa ra là xây dựng bộ quan sát lực/vận tốc sử dụng lý thuyết bộ quan sát GPI
với mục đích ước lượng, cập nhật lực tương tác và vận tốc để phản hồi về bộ điều khiển.
Lý thuyết và ứng dụng bộ quan sát GPI để ước lượng động học không xác định của hệ
thống phi tuyến được nghiên cứu chi tiết [6, 7]. Một nghiên cứu khác ứng dụng bộ quan
sát GPI trong điều khiển hệ thống treo [8] và trong điều khiển cánh tay robot công nghiệp
[9]. Ứng dụng lý thuyết bộ quan sát GPI trong việc điều khiển cánh tay robot có các tham
số trong ma trận quán tính không xác định [10]. Một bộ quan sát lực/vận tốc được thiết kế
để điều khiển cánh tay robot với ràng buộc xét trong không gian khớp [11]. Trong bài báo
này, nhóm tác giả xây dựng một bộ quan sát lực và vận tốc trên cơ sở lý thuyết về bộ quan
sát GPI kết hợp với thuật toán điều khiển kinh điển PID để điều khiển chuyển động và lực
cho cánh tay robot với ràng buộc xét trong cả không gian khớp và không gian làm việc.
Phần 2 là sự phân tích động học cánh tay robot với sự ràng buộc của môi trường. Quy trình
thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc sử dụng lý thuyết GPI và ứng dụng thuật toán PID để điều
khiển chuyển động và lực cánh tay robot cũng được thể hiện trong phần này. Phần 3 là kết
quả kiểm chứng trên phần mềm Matlab Simulink.
2. NỘI DUNG
2.1. Mô hình động học cánh tay robot với sự ràng buộc môi trường
2.1.1. Mô hình động lực học cánh tay
Khi cánh tay robot chuyển động, điểm tác động cuối cánh tay robot tương tác với môi
trường có sự ràng buộc [12] thì mô hình động lực học được mô tả bằng phương trình.
Tên lửa & Thiết bị bay
Đ. M. Tuấn, T. Đ. Thuận, “Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc và lực cánh tay robot.” 4
( ) ( , ) ( ) ( )TH q q C q q q Dq g q J q
(1)
Trong đó, nq là véc tơ góc quay xét trong không gian khớp, nq là véc tơ vận
tốc góc , nq là véc tơ gia tốc góc khớp, ( ) n nH q là ma trận thành phần quán
tính, ( , ) nC q q là véc tơ thành phần hướng tâm và coriolis, n nD là ma trận
đường chéo xác định dương và là đại lượng biểu thị cho hệ số ma sát nhớt, ng q là
véc tơ của lực trọng trường, n là véc tơ của mô men đầu vào đặt tại các khớp,
n là véc tơ nhân tử Lagrange (là đại lượng vật lý biểu thị cho lực tác động của điểm
tác động cuối cánh tay robot lên môi trường), ( ) n nJ q
là ký hiệu gradient của ràng
buộc holonomic được mô tả bởi phương trình.
( ) 0q (2)
Là phương trình thể hiện cánh tay robot trong sự ràng buộc với môi trường.
2.1.2. Ràng buộc của môi trường đối với chuyển động của cánh tay robot
Khi cánh tay robot tương tác với môi trường, xét đến sự ràng buộc được mô tả ở
phương trình (2) và ( )J q
tạo ra một véc tơ trên bề mặt tại điểm tương tác. Khi đó, ràng
buộc về vận tốc và gia tốc của chuyển động điểm tác động cuối cánh tay robot được mô tả
bằng các phương trình sau:
0q J q q (3)
0q J q q J q q (4)
Từ (1) ta có:
1 ,Tq H q J q C q q q Dq g q
(5)
Thay (5) vào (4) ta được:
1
1 1
,
, 0
T
T
q J H q J C q q q Dq g q
J H q J J q J H q C q q q Dq g q
(6)
Suy ra:
1
1 1 ,TJ H q J q J q J H q C q q q Dq g q
(7)
Khi xét chuyển động của cánh tay robot trong không gian Decac, thì ràng buộc được
mô tả:
( ) 0 x (8)
Trong đó, 6
T
x y z
x y z x là véc tơ xét trong hệ tọa độ Decac với
3x y z là véc tơ vị trí điểm tác động cuối và 3x y z là các đại
lượng về hướng của điểm tác động cuối cánh tay robot. Trong trường hợp này, véc tơ
( )J q
được tính như sau:
xJ q J J q (9)
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 5
Trong đó, /xJ q x x và /J x q q là ma trận Jacobi. Lấy vi phân 2
vế của (9) ta được:
x xJ q J q J q J q J q (10)
Thay (10) vào (7) ta được:
1
1
1 ,
T T
x x
x x x
J JH q J J
J Jq J Jq J JH q C q q q Dq g q
x
(11)
2.2. Điều khiển chuyển động và lực cánh tay robot sử dụng bộ quan sát lực và vận tốc
2.2.1. Xây dựng bộ quan sát lực và vận tốc
Xét phương trình mô tả động lực học cánh tay robot tương tác với môi trường làm việc
được thể hiện trong phương trình (1) với các biến là góc quay các khớp. Ta có thể gán các
biến không gian trạng thái cho phuơng trình (1) như sau:
1
2
x q
x
x q
(12)
Khi đó, mô hình động lực học cánh tay robot (1) được mô tả lại với các biến không
gian trạng thái như sau:
1 2x x (13)
1 12 1 1 2 2 2 1 1 1,
Tx H x C x x x Dx g x H x J x
(14)
Để đơn giản cho việc ký hiệu và sử dụng các ký hiệu trong vệc xây dựng bộ quan sát
lực và vận tốc, gán cho các giá trị như sau:
11 1 1
Tz H x J x
(15)
1 2 1 2 2 2 1, ,N x x C x x x Dx g x (16)
Thay (15) và (16) vào (14) ta được:
12 1 1 2 1,x H x N x x z
(17)
Mục đích của việc xây dựng bộ quan sát là để ước lượng một cách xấp xỉ biến trạng
thái
2
x (vận tốc góc của các khớp) và lực tương tác giữa cánh tay robot với môi trường.
Véc tơ đa thức được xem như là sự thể hiện bên trong của thành phần
1
z . Thành phần
này, được xem xét như một tín hiệu không được xác định và được ước lượng bằng bộ quan
sát tuyến tính của Luenberger. Giả sử mỗi một phần tử của số hạng véc tơ 1z t có thể
được khai triển bằng tổng của một dãy bậc 1m các đa thức Taylor cộng thêm phần rư
(residual term) là
1
1
0
( )
p
i
i
i
z t a t r t
(18)
Trong đó, mỗi một giá trị
i
a là véc tơ hằng số, ( )r t biểu diễn thành phần dư của đa
thức. Véc tơ tín hiệu 1z t có thể được viết dạng không gian trạng thái là:
Tên lửa & Thiết bị bay
Đ. M. Tuấn, T. Đ. Thuận, “Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc và lực cánh tay robot.” 6
1 2
2 3
1
( )
p p
p
p
z z
z z
z z
z r t
(19)
Sử dụng lý thuyết quan sát GPI [6], bộ quan sát GPI cho lực và vận tốc cánh tay robot
được thiết kế với các biến quan sát
2
x và
1
z là:
1 2 1 1
ˆ ˆ
p
x x x
(20)
12 1 2 1 1ˆ ˆ ˆ, px H q N x x z x
(21)
1 2 1 1
2 3 2 1
1 1 1
0 1
ˆ ˆ
ˆ ˆ
ˆ ˆ
ˆ
p
p
p p
p
z z x
z z x
z z x
z x
(22)
Trong đó:
1 1 1ˆx x x (23)
2 1 1
1 2 1 1
2 3 2 1
1 1 1
( )
0 1
p
p
p
p p
p
p
x z x
z z x
z z x
z z x
z r t x
(24)
Bằng cách ước lượng các biến 1,..., pz z ta có:
2 1 ( )
1 1 1 1 1 0 1
...p p p
p
x x x x r t
(26)
Từ (15), ta có thể tính được giá trị ước lượng của
1
z :
1
1 1 1
ˆˆ Tz H x J x
(27)
1
ˆ ˆTJ H q z
(28)
Kết hợp (9) với (28) ta có:
1
ˆ ˆ( )T T
x
J q J H q z
(29)
Khi T
x
J
là hạng đủ thì giá trị ước lượng của ˆ được tính như sau:
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 7
1ˆ ˆ
T
T
x
J J q H q z
(30)
Trong đó,
1
T T n m
x x x
J J J J
được định nghĩa tương tự như J
. Thông
thường ràng buộc (2) một chiều, cụ thể là 1m , nghĩa là là một giá trị hệ số được tính
bằng công thức sau.
1ˆ ˆˆ
T T
x
J q H q z J
(31)
2.2.2. Ứng dụng bộ quan sát lực/vận tốc điều khiển chuyển động/lực cánh tay robot
công nghiệp
Trong phần này, nhóm tác giả đưa ra luật điều khiển cho cánh tay robot công nghiệp
ứng với hai trường hợp là điều khiển chuyển động robot tự do (không có ràng buộc với
môi trường, không điều khiển lực) và điều khiển chuyển động của robot trong điều kiện
có ràng buộc của môi trường tương tác (bao gồm cả điều khiển chuyển động và điều
khiển lực).
Trường hợp 1. Điều khiển chuyển động robot tự do, thuật toán điều khiển đơn giản PID
được đưa ra như sau
0
T
p d I
Q q K e K e K e
(32)
Trong đó, Ma trận vuông Q q thể hiện phép chiếu theo phương tiếp tuyến với bề mặt
môi trường tại điểm tác động, e là sai lệch giữa giá trị mong muốn với giá trị thực tế của
góc quay các khớp.
d
e q q (33)
e là sai lệch giữa giá trị mong muốn với giá trị thực tế (trong trường hợp này là giá trị
ước lượng từ bộ quan sát) của vận tốc góc các khớp.
2
ˆ
d
e x q (34)
Trong đó,
2
xˆ là giá trị ước lượng của vận tốc từ bộ quan sát.
Trường hợp 2: Chuyển động có ràng buộc và điều khiển lực.
Khi robot tương tác với môi trường ràng buộc, không gian hình học được mô tả như
hình vẽ.
Hình 1. Chuyển động ràng buộc cánh tay robot.
Tên lửa & Thiết bị bay
Đ. M. Tuấn, T. Đ. Thuận, “Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc và lực cánh tay robot.” 8
gọi q là véc tơ thành phần vận tốc, vận tốc này được chứa trong không gian con được
tham chiếu bởi ma trận Q q .
q Q q q P q q Q q q (35)
Trong đó, ma trận vuông Q q và P q là các phép tham chiếu. Với điều kiện ban
đầu của véc tơ vận tốc nq , ta chia không gian này thành hai không gian con.
Một không gian trong hạng của P q và một không gian con trong hạng của Q q .
Vì vậy, khi véc tơ q được nhân với ma trận P q và được chiếu lên không gian con của
nó, không gian này thể hiện hướng vuông góc với bề mặt môi trường. Tương tự như vậy,
khi véc tơ vận tốc nq được nhân với ma trận Q q và được chiếu lên không gian con
của nó thể hiện mặt phẳng tiếp tuyến tại điểm tác động. Trên hình 1, không gian con được
chiếu bởi ma trận Q q sẽ là trục x , trong khi đó, không gian con được chiếu bởi ma trận
P q sẽ là trục z . Như vậy, trong hai phương đưa ra, một phương robot có thể chuyển
động nhưng không tác động lực và một phương ngược lại là robot có thể chỉ tác động lực
mà không chuyển động.
n nQ q I P q (36)
P q J J
(37)
Trong trường hợp này, thuật toán điều khiển được cộng thêm với phần điều khiển lực
như sau:
If
0
T
T
p d I d
Q q K e K e K e J K F
(38)
Trong đó,
p
K ,
d
K ,
I
K là các ma trận đường chéo xác định dương, lần lượt là các hệ
số tỷ lệ, vi phân và tích phân của bộ điều khiển.
If
K là ma trận đường chéo xác định
dương, là hệ số tích phân của thành phần điều khiển lực.
0
T
F (39)
ˆ
d
(40)
Trong đó, ˆ là giá trị ước lượng từ bộ quan sát.
3. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
Để kiểm chứng bộ quan sát lực/vận tốc đã được thiết kế và thuật toán điều khiển
chuyển động/lực đã được xây dựng, nhóm tác giả sử dụng đối tượng là cánh tay robot
R465 CRS Robotics với các tham số được sử dụng trong [13].
Mặc dù A465 có 6 bậc tự do với 6 khớp quay nhưng trong bài báo chỉ xét 3 khớp quay
là khớp 2, khớp 3 và khớp 5. Các khớp quay được ký hiệu lại lần lượt là khớp 1, khớp 2,
khớp 3 với các biến góc khớp là
1
q ,
2
q và
3
q .
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 9
Hình 2. Hệ tọa độ cánh tay robot A465 trong tương tác với môi trường.
Hình 2 mô tả cánh tay robot được gắn các hệ trục tọa độ và điểm tác động cuối tương
tác với môi trường là một mặt phẳng nghiêng. Sự ràng buộc của môi trường này được mô
tả chi tiết hơn với các tham số hình học thể hiện trên hình 3.
Yêu cầu đặt ra là điều khiển điểm tác động cuối cánh tay robot trên một đường thẳng
dài 0.4[m] có phương trình trên hệ tọa độ Decac như sau:
os sinx c y x (41)
0.4
fd
id
1q
2q
2cx
1cx
2ix
1ix
2y x
1x x
3q
Hình 3. Mô tả chuyển động ràng buộc của robot.
Trong đó, là góc nghiêng, là khoảng cách từ điểm cắt tới gốc tọa độ, là góc
chỉ hướng tương ứng giữa hệ tọa độ đặt tại điểm tác động cuối với hệ tọa độ gốc. Quỹ đạo
mong muốn cho hai tọa độ đầu tiên ,d dx y được thiết kế nội suy theo đa thức bậc năm.
Để đơn giản trong mô phỏng, giá trị mong muốn của là
d
được chọn là:
0 / 2 10 od (42)
Bộ quan sát được sử dụng để ước lượng, cập nhật tín hiệu lực, vận tốc và phản hồi về
bộ điều khiển.
Tên lửa & Thiết bị bay
Đ. M. Tuấn, T. Đ. Thuận, “Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc và lực cánh tay robot.” 10
Thời gian trích mẫu được dùng trong mô phỏng là 1 sT m , quỹ đạo chuyển động
của robot được thiết kế đưa ra trong 8 s Lực mong muốn đạt được là:
/210 60(1 ) 10sin ,0 8 [ ]
2
70 [ ] 8 [ ]
t
d
t
e t s
N t s
(43)
Tham số của bộ điều khiển được lựa chọn như sau:
([5000, 20000,1000])
p
K diag , ([20,20,4])
d
K diag
([10000,10000,1000])
I
K diag , 45
If
K
Kết quả mô phỏng được thể hiện trên các hình sau
Hình 4. Tọa độ điểm cuối theo trục x.
Hình 5. Tọa độ điểm cuối theo trục y.
Hình 6. Tọa độ theo góc .
Hình 7. Lực thực tế, ước lượng và đặt.
Kết quả cho thấy giá trị thực tế luôn bám sát với giá trị đặt của tọa độ điểm tác động
cuối, được mô tả trong hình 4, hình 5 và hình 6. Trong hình 7, ký hiệu
g
,
d
, lần lượt
là các giá trị lực ước lượng, lực đặt và lực đáp ứng.
Hình 8. Sai lệch lực.
Hình 9. Sai lệch lực quan sát.
Hình 7 và hình 8 thể hiện sai lệch lực và sai lệch lực quan sát được là khá tốt.
Trong hình 10, hình 11 và hình 12 ,
i
q là giá trị vận tốc thực tế khớp thứ i ( 1, 2,3i ).
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 11
Hình 10. Vận tốc thực tế và vận tốc quan
sát khớp 1.
Hình 11. Vận tốc thực tế và vận tốc quan
sát khớp 2.
Hình 12. Đáp ứng vận tốc khớp 3.
Hình 13. Sai lệch của
1
qˆ .
Hình 10, hình 11, hình 12 thể hiện giá trị thực tế của vận tốc các khớp luôn xấp xỉ với
giá trị vận tốc ước lượng của các khớp.
Hình 14. Sai lệch
2
qˆ .
Hình 15. Sai lệch
3
qˆ .
Hình 13, hình 14 và hình 15 thể hiện sai lệch vận tốc của các khớp tiến về không với
thời gian đáp ứng ngắn.
Trong phần mô phỏng tiếp theo, bộ quan sát lực/vận tốc kết hợp với thuật toán điều
khiển chuyển động/lực được thử nghiệm với trường hợp có nhiễu đo lường. Cụ thể là tín
hiệu nhiễu tác động trực tiếp vào tín hiệu phản hồi góc quay các khớp (lấy từ các cảm biến
góc đặt tại các khớp) về bộ điều khiển và bộ quan sát.
Hình 16. Sai lệch vận tốc quan sát với
nhiễu khớp 1.
Hình 17. Sai lệch vận tốc quan sát với
nhiễu khớp 2.
Tên lửa & Thiết bị bay
Đ. M. Tuấn, T. Đ. Thuận, “Thiết kế bộ quan sát lực/vận tốc và lực cánh tay robot.” 12
Hình 18. Sai lệch vận tốc quan sát với
nhiễu khớp 3.
Hình 19. Sai lệch đáp ứng lực khi có nhiễu.
Với kết quả thực nghiệm mô phỏng trong trường hợp có nhiễu đo lường tác động thì sai
lệch giữa vận tốc quan sát với vận tốc thực tế của các khớp có ảnh hưởng nhưng vẫn đảm
bảo trong giới hạn cho phép và được mô tả trên hình 16, hình 17 và hình 18. Tương tự đối
với sai lệch giữa đáp ứng lực của bộ điều khiển với lực mong muốn trên hình 19 chấp
nhận được.
4. KẾT LUẬN
Bài báo đã xây dựng bộ quan sát lực/vận tốc trên cở sở bộ quan sát GPI và ứng dụng
trong điều khiển chuyển động và lực cánh tay robot có ràng buộc. Ưu điểm của bộ quan
sát này là có thể xấp xỉ động học của hệ thống mà không được xác định trên cơ sở phân
tích chuỗi bậc của các đa thức Taylor. Đối với động học của cánh tay robot công nghiệp
thì sự không xác định thường do các tham số chứa trong ma trận quán tính H. Tuy nhiên,
trong nghiên cứu này, các tham số động học coi như được xác định. Thay vào đó, phương
pháp sử dụng bộ quan sát để ước lượng các thành phần không xác định là vận tốc và lực
tương tác giữa điểm tác động cuối của cánh tay robot với môi trường.
Trong nghiên cứu tới, bộ quan sát trên có thể được kết hợp với các thuật toán điều
khiển khác và quan sát các thành phần không xác định khác của động học cánh tay robot
công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. R. Colbaugh, H. Seraji, and K. Glass, "Direct adaptive impedance control of robot
manipulators," Journal of Field Robotics, vol. 10, pp. 217-248, 1993.
[2]. B. Siciliano and L. Villani, "Adaptive compliant control of robot manipulators,"
Control Engineering Practice, vol. 4, pp. 705-712, 1996.
[3]. B. Siciliano and L. Villani, "Robot force control" vol. 540: Springer Science &
Business Media, 2012.
[4]. L. L. Whitcomb, S. Arimoto, T. Naniwa, and F. Ozaki, "Adaptive model-based
hybrid control of geometrically constrained robot arms," IEEE Transactions on
Robotics and Automation, vol. 13, pp. 105-116, 1997.
[5]. S. X. Tian and S. Z. Wang, "Hybrid Position/Force Control for a RRR 3-DoF
Manipulator," in Applied Mechanics and Materials, 2011, pp. 589-592.
[6]. J. Cortés-Romero, A. Luviano-Juárez, and H. Sira-Ramírez, "Sliding Mode Control
Design for Induction Motors: An Input-Output Approach," in Sliding Mode Control,
ed: InTech, 2011.
[7]. A. Luviano-Juarez, J. Cortes-Romero, and H. Sira-Ramirez, "Synchronization of
chaotic oscillators by means of generalized proportional integral observers,"
International Journal of Bifurcation and Chaos, vol. 20, pp. 1509-1517, 2010.
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 52, 12 - 2017 13
[8]. R. Goodall, H. Sira-Ramírez, and A. Matamoros-Sánchez, "Flatness based control of
a suspension system: A gpi observer approach," IFAC Proceedings Volumes, vol.
44, pp. 11103-11108, 2011.
[9]. M. A. Arteaga-Pérez and A. Gutiérrez-Giles, "A simple application of GPI observers
to the force control of robots," in Control, Decision and Information Technologies
(CoDIT), 2014 International Conference on, 2014, pp. 303-308.
[10]. M. A. Arteaga-Pérez and A. Gutiérrez-Giles, "On the GPI approach with unknown
inertia matrix in robot manipulators," International Journal of Control, vol. 87, pp.
844-860, 2014.
[11]. A. Gutiérrez-Giles and M. A. Arteaga-Pérez, "GPI based velocity/force observer
design for robot manipulators," ISA transactions, vol. 53, pp. 929-938, 2014.
[12]. J. Gudino-Lau and M. A. Arteaga, "Dynamic model, control and simulation of
cooperative robots: A case study," in Mobile Robotics, Moving Intelligence, ed:
InTech, 2006.
[13]. J.-J. E. Slotine and W. Li, "On the adaptive control of robot manipulators," Int. J.
Rob. Res., vol. 6, pp. 49-59, 1987.
ABSTRACT
FORCE/VELOCITY OBSERVER DESIGN FOR CONTROLLING MOVEMENT
AND FORCE OF ROBOT MANIPULATORS
In this paper, a force/velocity observer is designed by theory of GPI
(Generalized Proportional Integral) observer. This observer is designed to estimate
and updates the velocity of joints and the contact force between the end-affector and
environment. To illustrate the effect of the designed observer, we simulate the
observer combining the PID controller to control movement and force on the A465
robot of CRS Roboticsi in constrain of environment.
Keywords: Robot control, Force control, Hybrid force/position control, GPI observer.
Nhận bài ngày 02 tháng 10 năm 2017
Hoàn thiện ngày 30 tháng 10 năm 2017
Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 12 năm 2017
Địa chỉ: 1 Trường ĐHSPKT Hưng Yên;
2 Viện Khoa học và Công nghệ quân sự.
*Email: tuan848008@gmail.com.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 01_thuan_1125_2151673.pdf