六自由度并联机器人分散控制新策略

"傅绍文和姚郁在2008年3月的《控制与决策》期刊第23卷第3期上发表了一篇关于六自由度并联机器人分散控制方法的文章。他们提出了一种新颖的控制策略，旨在解决这类机器人在关节空间中的耦合问题，以及因机构运动导致的负载变化。该方法基于关节空间内的惯性矩阵块对角占优特性，实现了分散控制，将系统分解为三个两输入两输出子系统。同时，通过将惯性矩阵的逆分解为块对角矩阵与耦合矩阵之和，他们得到了每个子系统的动力学方程。为了应对子系统负载随机构运动变化的情况，他们引入了线性变参数（LPV）控制，以降低线性定常控制器的保守性。仿真结果显示，这种新方法具有良好的效果。" 文章详细介绍了六自由度并联机器人的控制挑战，尤其是在关节空间中，由于机械臂的复杂结构，各关节之间的动力学相互作用可能导致强烈的耦合。为了解决这一问题，作者提出了一个分散控制策略。这种策略首先分析了机构的特性，特别是惯性矩阵在关节空间内的块对角占优特性，这意味着大部分对角元素远大于非对角元素，从而可以将相邻的强耦合支路看作一个整体进行处理，形成了三个独立的两输入两输出子系统。 接下来，他们通过将惯性矩阵的逆分解成块对角矩阵与耦合矩阵的和，简化了每个子系统的动力学模型。这种方法使得每个子系统的动力学方程可以独立地被理解和控制，减少了计算复杂性，并有助于设计更有效的控制器。 鉴于子系统的负载会随着机器人运动而变化，作者采用了线性变参数（LPV）控制理论。LPV控制是一种灵活的控制框架，允许控制器参数随时间或系统状态变化，以适应负载动态变化的环境。这种方法相对于传统的线性定常控制器，能够提供更优的性能，减少保守性，确保在不同工作条件下都能保持良好的控制性能。 通过仿真，作者验证了新方法的有效性和优越性，表明这种方法能够在保持系统稳定的同时，提高并联机器人的控制精度和动态响应。这一研究为并联机器人控制提供了新的思路，对于提升复杂机器人系统的控制效率和适应性具有重要意义。