注：翻譯原文為 High Precision Control of Indirect Drive Systems Based on End-effector Sensor Information文章中第 42-47頁內(nèi)容。第四章使用遙感信息抑制間接驅(qū)動機器人的震蕩4.1介紹在間接驅(qū)動機器人,諧波驅(qū)動器通常被用作傳輸機制,以達到減少速度和轉(zhuǎn)矩放大的目的。目前正在設(shè)計的齒輪，幾乎在任何給定的時間內(nèi)間隙為零，因此，在應(yīng)用程序需要精確定位的半導(dǎo)體行業(yè)中很受歡迎。諧波傳動組件標(biāo)識如圖4.1所示。波形發(fā)生器是一個橢圓形狀鋼鐵核心包圍的一個靈活競賽軸承。圓形樣條是一個有內(nèi)齒的剛性鋼環(huán)。柔輪是一種薄壁柔性杯比外緣內(nèi)邊緣的圓形樣條少了兩個齒。在裝配時, 波形信號發(fā)生器插入了柔輪杯和圓弧樣條的齒網(wǎng)，通過波形信號發(fā)生器與柔輪齒合在的橢圓的長軸處。最常見的配置為諧波傳動減速/扭矩放大安排。這種模式的操作通常由波發(fā)生器的輸入端口,柔輪輸出端口,和圓形樣條固定。在這個配置中,波浪發(fā)電機旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于電機角輸入而柔輪的旋轉(zhuǎn)相反的方向?qū)?yīng)于負載端輸出。圖4.2顯示了諧波傳動的運動的原則在這個配置。在圖4.2(a),柔輪是由波發(fā)生器偏轉(zhuǎn)成一個橢圓形狀使柔輪的牙齒接觸的圓形樣條在波發(fā)生器橢圓的長軸與牙齒完全脫離橢圓的短軸。圖4.1:諧波傳動齒輪組件(26)圖4.2:運動原理[26]當(dāng)t時刻，波發(fā)生器是順時針旋轉(zhuǎn)與圓形樣條固定如圖4.2(b)所示,柔輪是接受彈性變形及其齒接觸位置輪流相對移動圓形樣條。當(dāng)波發(fā)生器順時針旋轉(zhuǎn)180度,柔輪逆時針方向移動一個齒相對于圓形樣條4.2(c)所示。圖4.2(d)顯示了波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)的情況一個順時針(360度)。相對于圓形樣條柔輪逆時針方向移動兩個齒，因為柔輪比圓形樣條少了兩個齒。諧波傳動的特殊配置適合使用在機器人應(yīng)用程序需要轉(zhuǎn)矩密度、運行效率比高的地方。諧波驅(qū)動器的概念構(gòu)思和發(fā)展在1950年代中期[65]。主要用于機器人機械手等不同的應(yīng)用程序(29)，圖4.3:傳輸錯誤的定義力反饋觸覺設(shè)備[62]和引導(dǎo)線系統(tǒng)的車輛指導(dǎo)技術(shù)[3]增長。研究理論方面的傳動特點，并進行了非線性傳輸屬性包括摩擦、傳輸錯誤,靈活性,和滯后方面的研究。(19日50、60)。上面提到的在不同的非線性特性中,傳輸誤差是關(guān)系到精密定位重要環(huán)節(jié)。傳輸齒輪的誤差引入了一個錯誤的運動學(xué)鏈和由于不準(zhǔn)確定位在齒輪的輸出的定位誤差。在許多應(yīng)用程序、定位誤差本身并不重要,但其對速度的影響變化是至關(guān)重要的。傳輸錯誤會導(dǎo)致速度脈動裝置的輸出軸，甚至以恒定的輸入軸的轉(zhuǎn)速。這些振動成為占主導(dǎo)地位的頻率錯誤時的共振頻率相一致控制系統(tǒng)。速度波動主要是在這種情況下放大,經(jīng)常超過允許水平振動[69]。從而減少傳動誤差造成的振動對跟蹤精度和性能很重要。傳輸誤差, ,被定義為預(yù)期之間的偏差輸出位置和實際的輸出諧波傳動的位置。它是由以下方程如θ~圖4.3所示:0~???Nm(4.2)實驗波形傳輸誤差在文獻[60]提出。它顯示了一個振幅小的自然周期。 由于機械缺陷如減速器失調(diào)和空間齒輪本身的誤差,輸出振蕩隨不同的驅(qū)動器和操作條件而改變。然而,已證明實驗的主要組件傳輸錯誤波形在每半個輸入軸處被重復(fù)[19],即脈動周期及其基本性質(zhì)兩倍頻率分量對應(yīng)于輸入軸的轉(zhuǎn)動頻率。因此, 可以用一個簡單的近似正弦曲線計算如下：θ~??????twAteando0mis~可以發(fā)現(xiàn) 的振幅傳輸誤差的諧波傳動的地方。 階段的誤差和 的頻率誤差是電機軸的轉(zhuǎn)動頻率的teA?兩倍。注意,在(4.2)更高的頻率成分的誤差被忽略。對于工業(yè)機器人速度振蕩在負載端是非常不可取的。因此,伺服控制系統(tǒng)應(yīng)該有一個控制算法抑制這種振蕩現(xiàn)象。為了抑制由于傳輸誤差引起的振蕩,在文獻[18，20，28]提出了一些控制方法。 Gandhi和Ghorbel[18]提出的非線性控制算法傳動誤差的補償，依靠諧波驅(qū)動器設(shè)置點監(jiān)管和軌跡跟蹤。Hirabayashi et al。[28]提出的方法通過高分辨率速度控制器感官漣漪編碼器和修改驅(qū)動電動機的速度命令。Godler et al。 [20]應(yīng)用重復(fù)漣漪在諧波傳動系統(tǒng)減速控制。在不同的方法,廣泛用于反饋控制電動機側(cè)信息。然而,由于傳輸速度波動，負荷誤差是最重要的尤其是速度振蕩在負載端，并且只使用電動機側(cè)信息反饋控制器不能有效減少負載上的振動。自適應(yīng)前饋取消(AFC)是一種通過添加負面價值的輸入/輸出裝置(54)消除定期輸入/輸出擾動的有效方法,。自擾動的價值通常是未知的,自適應(yīng)地確定估計在正弦和余弦函數(shù)的振幅擾動頻率利用誤差信號的輸出。在這一章, 提出了一種自適應(yīng)干擾取消計劃及對其修改和利用以減少造成的振動傳輸錯誤。此外,負載端加速度反饋用于適應(yīng)算法以最小化負荷端振動有效。4.2 單聯(lián)間接驅(qū)動的動態(tài)模型傳動鏈與傳輸誤差已經(jīng)發(fā)展起來的幾種諧波傳動模型在文獻(18、19)。在文獻[19],諧波傳動模型抑制傳輸誤差和靈活性是使用拉格朗日公式和開發(fā)[18]的奇異攝動模型。如圖4.4:框圖：單型間接傳動系的傳播諧波傳動誤差考慮傳播效果是派生誤差和靈活性。文獻[66]提供了帶有傳輸誤差的單型間接傳動系的模型，如圖4.4所示，是能夠代表實際系統(tǒng)足夠準(zhǔn)確的最簡單模型。注意,圖中所示, 傳輸誤差包含在系統(tǒng)內(nèi)作為電動機的輸出軸位置誤差。系統(tǒng)的動態(tài)模型如圖4.4所示，可以得到eJ??? ?????????????????????? ~~emjemje NdNkd(4.3) ?????? ??????????? ???1ejejmNud通過分組由于傳輸誤差的非線性條件,(4.3)可以被視為兩個方面的結(jié)合:標(biāo)準(zhǔn)單型間接傳動系模型(2.3)和由于傳遞誤差造成的非線性項。由此可見，狀態(tài)方程表示的系統(tǒng)可以寫成：(4.4)dBuAx???在公式 ??~,10jjTemdkjNJB????????、 、 ,在 2.3節(jié)所描述的一樣。 請注意,如公式(4.4)所示, 現(xiàn)在傳遞誤差干擾中包含輸入 ,它ABx dB會影響系統(tǒng)。圖4.5顯示了閉環(huán)系統(tǒng)的方塊圖與植物公式(4.4)所示。 是電機的位置參考， 是電動機mrm?的位置。 是負載的一面加速度參考和是 負荷端加速度。 和 功能從輸入 傳輸?shù)捷敵鰁r? e????sPe u和 ，而e?m圖4.5:閉環(huán)控制系統(tǒng)的框圖和 是從干擾 到輸出 和 的轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)。 是負荷端加速度誤差， 是??sPedmde??meer???????sC一個3.2節(jié)中給出修改后的PID控制器。圖4.6顯示了系統(tǒng)的實驗結(jié)果在圖4.5模型取代單型間接驅(qū)動設(shè)置部分中描述2.2。圖4.6(一個)顯示的時間響應(yīng)負荷端加速度誤差, ，當(dāng)電機參考 這樣設(shè)計所需的電機速度保持穩(wěn)定的維持在34 rad /e?mr秒。圖4.6(b)顯示了負荷端加速度錯誤振幅譜。理想情況下,應(yīng)該保持零負荷端加速度穩(wěn)定狀態(tài),但在現(xiàn)實情況下,周期性誤差的頻率兩倍電機轉(zhuǎn)速和較高的諧波可以觀察到在負載端加速度圖所示。注意,第一個諧波存在最大誤差幅度。