基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

摘要

为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性,进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究.分析冗余自由度机械臂的机械结构,明确其结构组成及运动原理.通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度,分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量,并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程.通过机械臂的动力学方程,计算出单个关节节点的系统方程.利用角度误差构造滑模面,并在此基础上利用单个关节节点的系统方程,建立滑模控制器.为了获取滑模控制器中滑模加权因子和趋近加权因子的最优解,采用粒子群算法在解空间中对其进行全局搜索,从而得到全局最优化的滑模控制器,用于对冗余自由度机械臂的运动过程进行控制.实验中,采用此方法和干扰观测器方法对关节节点的运动过程及末端执行器的运动过程进行了控制,从控制结果可知:在控制关节节点及末端执行器运动时,此方法比干扰观测器方法的控制准确度分别提高了 17.12％和13.49％,表明此方法能有效保障冗余自由度机械臂的运动准确性.