This paper proposes a unified robust motion controller for the position and force control problems of compliant robot manipulators driven by Series Elastic Actuators (SEAs). It is shown that the dynamic model of the compliant robot includes not only matched but also mismatched disturbances that act on the system through a different channel from the control input. To tackle this complex robust control problem, the unified robust motion controller is synthesised by employing a second-order Disturbance Observer (DOb), which allows us to estimate not only disturbances but also their first and second order derivatives, and a novel controller design approach in state space. By using the Brunovsky canonical form transformation and the estimations of disturbances and their first and second order derivatives, the dynamic model of the robot is reconstructed so that a new system model that includes only matched disturbances is obtained for compliant robots driven by SEAs. The robust position and force controllers are simply designed by eliminating the matched disturbances of the reconstructed system model via the conventional DOb-based robust control method. The stability and performance of the proposed robust motion controllers are verified by simulations.


翻译:本文建议为由系列电磁动器驱动的符合要求的机器人操纵器的位置和力量控制问题提供一个统一的强力运动控制器。 显示符合要求的机器人的动态模型不仅包括匹配的干扰,而且还包括不匹配的干扰,这些干扰通过与控制输入不同的渠道在系统中起作用。 为了解决这一复杂的强力控制问题,采用二级扰动观察器(DOb)对统一的强力运动控制器进行了合成,这使我们不仅能够估计扰动,而且还可以估计其第一和第二级衍生物,以及州空间的新型控制器设计方法。通过使用布鲁诺夫斯基卡诺夫斯基型变形和对扰动估计及其第一和第二级衍生物,对机器人的动态模型进行了重建,以便获得一个新的系统模型,其中只包括符合要求的机器人在SEA驱动下进行的干扰。 稳健的定位和力控制器只是通过常规的DOb型稳健控制法消除与系统模型相匹配的干扰来设计。 拟议的强力运动控制器的稳定性和性能得到模拟的验证。

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