基于柔性连杆速度约束代理的滑模控制

《IEEE Robotics and Automation Letters》：Flexible-Link Velocity-Bounding Proxy Based Sliding Mode Control

本文提出了一种基于VB-PSMC的柔性连杆机械臂控制策略，通过模型自由比例应变反馈抑制振荡，结合准静态欧拉-伯努利梁模型实现馈前补偿，确保高跟踪精度和物理交互时的安全平滑行为。实验表明该策略在接触和自由运动中均表现优异，互动力减少32%，并实现大位姿误差下的平稳恢复。

　　

摘要：

本文提出了一种控制策略，用于灵活的连杆操纵器在自由运动中保持高跟踪精度，同时在涉及物理交互或较大位置误差的情境下确保平稳和安全的行为。该策略基于VB-PSMC（Variable Bypass-PSMC）原理设计，通过扩展控制方案来补偿操纵器的弯曲动态。其中，无模型比例应变反馈用于抑制振荡，而基于准静态欧拉-伯努利梁模型的前馈项则用于抵消重力引起的变形。文中对改进后的滑动流形进行了收敛性研究，并对闭环系统的稳定性进行了分析。实验评估了该控制器的性能，并将其与其他控制策略（如PSMC和扭矩限制的PD控制）进行了比较。结果表明，该控制器在自由运动中能够实现精确的末端执行器跟踪，并在接触过程中表现出柔顺性，通过有效处理连杆的固有灵活性，使得交互力减少了32%。此外，研究还发现，在释放接触后，FL-VB-PSMC控制策略即使在存在较大位置误差的情况下也能实现平稳且无振动的恢复。