應(yīng)用于圓餅工件分揀的碼垛機器人自適應(yīng)積分滑?？刂?/h1>
2022-08-23 07:32:10王洪波姚嘉凌
包裝工程 2022年15期
王洪波，姚嘉凌
應(yīng)用于圓餅工件分揀的碼垛機器人自適應(yīng)積分滑?？刂?/p>
王洪波1，姚嘉凌2
（1.江蘇安全技術(shù)職業(yè)學院 交通與安全學院，江蘇 徐州 221011；2.南京林業(yè)大學 汽車與交通工程學院，南京 210037）
針對存在系統(tǒng)未建模特性和負載變化下碼垛機器人關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制的問題，設(shè)計一種基于結(jié)合時延估計技術(shù)與自適應(yīng)積分滑模面的控制策略。根據(jù)圓餅工件分揀需求，設(shè)計一款桌面式碼垛機器人系統(tǒng)，推導機器人的運動學與動力學模型，給出關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法，并基于無模型思想設(shè)計關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制器。利用雅克比偽逆法可反解出機器人的關(guān)節(jié)角；通過所提的軌跡規(guī)劃算法能有效獲得各關(guān)節(jié)運動軌跡；與PID控制器和積分滑?？刂破飨啾?，文中所提控制器具有較好的控制精度、較強抗干擾性和較高的魯棒性。仿真和實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的基于時延估計技術(shù)的自適應(yīng)積分滑?？刂破魇呛侠淼?，能使得碼垛機器人完成圓餅工件的分揀任務(wù)，具有一定的工程應(yīng)用價值。
碼垛機器人；積分滑模；時延估計；關(guān)節(jié)空間；軌跡跟蹤控制
在人口紅利消失、勞動力嚴重短缺的形勢下，“機器換人”成為大勢所趨，是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。例如，在勞動力密集、工作內(nèi)容枯燥、作業(yè)環(huán)境惡劣的碼垛行業(yè)，傳統(tǒng)的人工碼垛與機械式碼垛已經(jīng)不能適應(yīng)工業(yè)發(fā)展，而高精度、小能耗、安全穩(wěn)定的碼垛機器人逐漸被市場所接受[1-3]。對于碼垛機器人等一類關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人而言，設(shè)計高精度、高可靠性的控制器一直是工程師和學者們追求的目標。由于制造、裝配、疲勞損耗等因素的存在，會導致碼垛機器人關(guān)節(jié)處產(chǎn)生摩擦和間隙，同時末端執(zhí)行器負載變化與系統(tǒng)所處環(huán)境的不確定性都會影響控制器的性能，給控制器的設(shè)計帶來一定的難度。
為解決上述問題，不少先進控制策略被引入到工業(yè)機器人的高精度控制中，像迭代學習控制[4]、自適應(yīng)魯棒控制[5]、模糊控制等[6-7]，但大多數(shù)研究僅停留在仿真層面而沒有在實驗條件下對控制算法的可行性進行驗證?；？刂疲⊿liding Mode Control，SMC）是一種結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)少、易于工程實現(xiàn)的魯棒控制方法，常被應(yīng)用于工業(yè)機器人實際控制中。然而，SMC固有的抖振現(xiàn)象會給機器人的機械結(jié)構(gòu)和電子元件造成損壞。為此，學者們嘗試改進原有SMC的結(jié)構(gòu)來提高其控制性能。例如，冒建亮等設(shè)計了一種快速連續(xù)非奇異終端滑模面，使得滑模面切換時連續(xù)可導，從而有效地抑制了系統(tǒng)抖振，并保證良好的系統(tǒng)動態(tài)性能[8]。Dumlu[9]也將分數(shù)階理論與自適應(yīng)積分滑模結(jié)合來實現(xiàn)六軸機器人狀態(tài)量的有限時間收斂，并抑制控制量的抖振，同時積分滑模函數(shù)亦可降低系統(tǒng)靜態(tài)誤差，使得系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)過程。近年來，時延估計（Time Delay Estimation，TDE）技術(shù)常被引入到機器人控制結(jié)構(gòu)中，可用來估計系統(tǒng)的非線性和不確定性[10-11]。將自適應(yīng)積分滑模面與TDE結(jié)合，可以在不需要精確機器人模型的基礎(chǔ)上設(shè)計出魯棒性較高的控制策略，從而保證機器人在關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤的精度。根據(jù)不同顏色的圓餅工件的分揀任務(wù)，文中設(shè)計一款桌面式碼垛機器人系統(tǒng)。同時，建立碼垛機器人的運動學和動力學模型，并給出了關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法。進一步地，引入TDE技術(shù)來補償系統(tǒng)中的不確定性因素與外界干擾，并設(shè)計自適應(yīng)積分控制算法來保證各關(guān)節(jié)狀態(tài)量的快速響應(yīng)與較高的跟蹤精度。最后，通過仿真和實驗驗證了文中所提方法的有效性。
1 系統(tǒng)描述
1.1 碼垛機器人系統(tǒng)
文中的設(shè)計目標為利用六軸碼垛機器人將紅、黃、藍3種圓餅按照顏色分揀堆放。設(shè)計的碼垛機器人系統(tǒng)的虛擬樣機見圖1，其工作原理為上料架上的圓餅由氣缸推送至輸送帶上，經(jīng)長距離RGB顏色傳感器獲得顏色后，將圓餅信息發(fā)送至上位機，進而驅(qū)動機器人按照設(shè)定好的運動軌跡將圓餅碼放至下料架指定圓形沉孔內(nèi)。系統(tǒng)選用的是新時達SD500桌面式機器人，腕部額定負載為3 kg，最大負載為5 kg，可達工作半徑為500 mm，其任務(wù)指標為在規(guī)定節(jié)拍內(nèi)將不同顏色的圓餅從輸送帶上碼放至下料架上的沉孔內(nèi)，并按照預(yù)設(shè)的顏色位置放置。輸送帶的運動速度可通過變速箱中的交流變頻電機來調(diào)節(jié)。顯示器作為上位機可以實時監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。機器人的控制系統(tǒng)被放置在工裝臺的柜內(nèi)，包括機器人運動控制板卡和PLC。其中，運動控制卡主要負責對碼垛機器人的伺服控制，PLC負責控制長距離RGB顏色傳感器、輸送帶、啟動開關(guān)等外圍設(shè)備。
圖1 碼垛機器人系統(tǒng)的虛擬樣機
1.2 運動學分析
碼垛機器人的拓撲結(jié)構(gòu)是串聯(lián)開鏈式的，見圖2。在各個關(guān)節(jié)軸上添加連桿坐標系，采用標準的Denavit–Hartenberg（DH）參數(shù)[12]來描述其結(jié)構(gòu)，見表1。
圖2 碼垛機器人的拓撲結(jié)構(gòu)
表1 六軸碼垛機器人的DH參數(shù)
Tab.1 DH parameters of 6-DOF palletizing robot
根據(jù)連桿變換的遞推公式可得到六軸碼垛機器人的正向運動學方程為：
對式（1）求關(guān)于時間的一階導數(shù)，有：
進而，可得到雅克比矩陣的偽逆為[13]：
聯(lián)立式（1）和式（3）可得碼垛機器人的運動學逆解為：
1.3 動力學分析
不失一般性地，碼垛機器人的剛體動力學方程可由Euler–Lagrange方程推導出來，其緊湊形式為[14]：
2 控制器設(shè)計
基于上述分析，可設(shè)計一個自適應(yīng)控制律來調(diào)節(jié)積分器的能力：
對于式（8）求關(guān)于時間的導數(shù)，有：
聯(lián)立式（6）、（11）和（12），并引入TDE技術(shù)[16]，可推導出關(guān)節(jié)控制力矩為：
接下來，對控制器（13）的穩(wěn)定性分析。選擇一個標準的Lyapunov函數(shù)為：
將式（6）、（9）和（12）代入到式（10）中，有：
對于式（15）求導，并聯(lián)立式（7）、（9）和（12），有：
3 結(jié)果分析
選用的SD500碼垛機器人含有6個NIDEC– MX–201伺服電機和6套Ruking SEA3–02NR 驅(qū)動器。在關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制實驗中，將上位機中MATLAB/Simulink搭建好的控制算法編譯后生成嵌入式代碼，并下載到實時仿真器中；仿真器輸出伺服驅(qū)動器的控制信號，實現(xiàn)對伺服電機的控制；最后，伺服電機將采集到的關(guān)節(jié)角信號反饋到上位機形成閉環(huán)控制，采樣頻率為1 000 Hz。需要注意的是，關(guān)節(jié)角速度信號與角加速度信號可通過差分法計算獲得，整個實驗的過程見圖10。
圖3 碼垛機器人系統(tǒng)樣機
圖4 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角
圖5 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角速度
圖6 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角加速度
圖7 末端執(zhí)行器的三維軌跡
圖8 末端執(zhí)行器位置變化
圖9 末端執(zhí)行器姿態(tài)變化
圖10 實驗流程
同時，為了測試文中所設(shè)計的基于TDE技術(shù)的適應(yīng)積分滑?？刂破鞯男阅埽x擇文獻[17]中提出的雙積分滑?？刂破鳎↖SMC）和文獻[18]提出的PID控制器與之進行比較。3種控制策略的控制參數(shù)均通過人工試湊的方式確定，見表2。這里需要指出的是，ISMC和PID中控制參數(shù)的解釋詳見參考文獻，文中不再過多描述。
圖11給出了3種控制器作用下碼垛機器人各關(guān)節(jié)的跟蹤效果，可以看出3種控制器均能使各關(guān)節(jié)較好地跟蹤上參考軌跡，這表明通過人工試湊獲得各控制器參數(shù)是合理有效的。另外，在圖12中給出了各關(guān)節(jié)的跟蹤誤差曲線，可以很明顯地看出文中控制器的跟蹤精度要優(yōu)于ISMC和PID。這也說明文中控制器的TDE技術(shù)可以很好地估計碼垛機器人中的未建模特性和外界負載變化，積分環(huán)節(jié)也可以較好地消除系統(tǒng)輸出的靜態(tài)誤差，使得控制器具有較高的魯棒性。
表2 3種控制器的參數(shù)
Tab.2 Parameters of the three controllers
圖11 關(guān)節(jié)角的跟蹤響應(yīng)
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圖12 關(guān)節(jié)角的跟蹤誤差
表3 3種控制器下的MAE值和RMSE值
Tab.3 MAE and RMSE of the three controllers
4 結(jié)語
文中設(shè)計了一種結(jié)合TDE技術(shù)和自適應(yīng)ISMC的控制策略來解決碼垛機器人關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制問題，從而提高不同顏色圓餅工件的分揀質(zhì)量，得到的主要結(jié)論有：設(shè)計了一款面向圓餅工件分揀的碼垛機器人系統(tǒng)，包括輸送帶、顯示器、上下料架、機器人、長距離RGB顏色傳感器等，并詳細地闡述了該機器人的工作原理；建立了碼垛機器的運動學模型與動力學模型，并給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃算法；設(shè)計了自適應(yīng)積分滑?？刂破鱽韺崿F(xiàn)關(guān)節(jié)角的跟蹤控制，并用TDE來估計和補償系統(tǒng)的未建模特性與外界干擾；與PID和ISMC相比，文中控制器的MAE值和RMSE值最小，具有較高的跟蹤精度、較高的魯棒性和較強的抗干擾性。
在今后的研究中，會進一步研究其他控制算法來提高碼垛機器人的控制性能。同時，也會基于機器視覺研究工件位姿快速定位算法，提高碼垛機器人的工作效率。
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Adaptive Integral Sliding Mode Control of Palletizing Robot System for Round Piece Sorting
WANG Hong-bo1,YAO Jia-ling2
(1. School of Transportation and Safety, Jiangsu College of Safety Technology, Jiangsu Xuzhou 221011, China; 2. College of Automobile and Traffic Engineer, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)
The work aims to propose a control strategy combing time delay estimation technique and adaptive integral sliding mode for trajectory tracking control in joint space of palletizing robot under unmodeled characteristics and load variation. According to the sorting requirements of round pieces, a desktop palletizing robot system was designed. The kinematics and dynamics models of the robot were derived to obtain the trajectory planning algorithm in joint space. Then, the trajectory tracking controller in joint space was designed based on the model-free idea. The joint angles of the robot were obtained by the Jacobi pseudo-inverse method and the trajectory of each joint was acquired through the proposed trajectory planning algorithm. Compared with PID controller and integral sliding mode controller, the proposed controller had better control accuracy, stronger disturbance rejection and higher robustness. The simulation and experiment results prove that the adaptive integral sliding mode controller designed based ontime delay estimation technique is reasonable and can help the palletizing robot deal with the tasks of round pieces sorting, which has a certain engineering value.
palletizing robot; integral sliding mode; time delay estimation; joint space; trajectory tracking control
TB486；TP242
A
1001-3563(2022)15-0281-08
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.033
2021–10–13
國家自然科學基金（51975299）；江蘇省自然科學基金（BK20181403）
王洪波（1983—），男，本科，江蘇安全技術(shù)職業(yè)學院講師，主要研究方向為載運工具運用工程、機器人技術(shù)。
責任編輯：曾鈺嬋
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王洪波1，姚嘉凌2
（1.江蘇安全技術(shù)職業(yè)學院 交通與安全學院，江蘇 徐州 221011；2.南京林業(yè)大學 汽車與交通工程學院，南京 210037）
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碼垛機器人；積分滑模；時延估計；關(guān)節(jié)空間；軌跡跟蹤控制
在人口紅利消失、勞動力嚴重短缺的形勢下，“機器換人”成為大勢所趨，是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。例如，在勞動力密集、工作內(nèi)容枯燥、作業(yè)環(huán)境惡劣的碼垛行業(yè)，傳統(tǒng)的人工碼垛與機械式碼垛已經(jīng)不能適應(yīng)工業(yè)發(fā)展，而高精度、小能耗、安全穩(wěn)定的碼垛機器人逐漸被市場所接受[1-3]。對于碼垛機器人等一類關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人而言，設(shè)計高精度、高可靠性的控制器一直是工程師和學者們追求的目標。由于制造、裝配、疲勞損耗等因素的存在，會導致碼垛機器人關(guān)節(jié)處產(chǎn)生摩擦和間隙，同時末端執(zhí)行器負載變化與系統(tǒng)所處環(huán)境的不確定性都會影響控制器的性能，給控制器的設(shè)計帶來一定的難度。
為解決上述問題，不少先進控制策略被引入到工業(yè)機器人的高精度控制中，像迭代學習控制[4]、自適應(yīng)魯棒控制[5]、模糊控制等[6-7]，但大多數(shù)研究僅停留在仿真層面而沒有在實驗條件下對控制算法的可行性進行驗證?；？刂疲⊿liding Mode Control，SMC）是一種結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)少、易于工程實現(xiàn)的魯棒控制方法，常被應(yīng)用于工業(yè)機器人實際控制中。然而，SMC固有的抖振現(xiàn)象會給機器人的機械結(jié)構(gòu)和電子元件造成損壞。為此，學者們嘗試改進原有SMC的結(jié)構(gòu)來提高其控制性能。例如，冒建亮等設(shè)計了一種快速連續(xù)非奇異終端滑模面，使得滑模面切換時連續(xù)可導，從而有效地抑制了系統(tǒng)抖振，并保證良好的系統(tǒng)動態(tài)性能[8]。Dumlu[9]也將分數(shù)階理論與自適應(yīng)積分滑模結(jié)合來實現(xiàn)六軸機器人狀態(tài)量的有限時間收斂，并抑制控制量的抖振，同時積分滑模函數(shù)亦可降低系統(tǒng)靜態(tài)誤差，使得系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)過程。近年來，時延估計（Time Delay Estimation，TDE）技術(shù)常被引入到機器人控制結(jié)構(gòu)中，可用來估計系統(tǒng)的非線性和不確定性[10-11]。將自適應(yīng)積分滑模面與TDE結(jié)合，可以在不需要精確機器人模型的基礎(chǔ)上設(shè)計出魯棒性較高的控制策略，從而保證機器人在關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤的精度。根據(jù)不同顏色的圓餅工件的分揀任務(wù)，文中設(shè)計一款桌面式碼垛機器人系統(tǒng)。同時，建立碼垛機器人的運動學和動力學模型，并給出了關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃算法。進一步地，引入TDE技術(shù)來補償系統(tǒng)中的不確定性因素與外界干擾，并設(shè)計自適應(yīng)積分控制算法來保證各關(guān)節(jié)狀態(tài)量的快速響應(yīng)與較高的跟蹤精度。最后，通過仿真和實驗驗證了文中所提方法的有效性。
1 系統(tǒng)描述
1.1 碼垛機器人系統(tǒng)
文中的設(shè)計目標為利用六軸碼垛機器人將紅、黃、藍3種圓餅按照顏色分揀堆放。設(shè)計的碼垛機器人系統(tǒng)的虛擬樣機見圖1，其工作原理為上料架上的圓餅由氣缸推送至輸送帶上，經(jīng)長距離RGB顏色傳感器獲得顏色后，將圓餅信息發(fā)送至上位機，進而驅(qū)動機器人按照設(shè)定好的運動軌跡將圓餅碼放至下料架指定圓形沉孔內(nèi)。系統(tǒng)選用的是新時達SD500桌面式機器人，腕部額定負載為3 kg，最大負載為5 kg，可達工作半徑為500 mm，其任務(wù)指標為在規(guī)定節(jié)拍內(nèi)將不同顏色的圓餅從輸送帶上碼放至下料架上的沉孔內(nèi)，并按照預(yù)設(shè)的顏色位置放置。輸送帶的運動速度可通過變速箱中的交流變頻電機來調(diào)節(jié)。顯示器作為上位機可以實時監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。機器人的控制系統(tǒng)被放置在工裝臺的柜內(nèi)，包括機器人運動控制板卡和PLC。其中，運動控制卡主要負責對碼垛機器人的伺服控制，PLC負責控制長距離RGB顏色傳感器、輸送帶、啟動開關(guān)等外圍設(shè)備。
圖1 碼垛機器人系統(tǒng)的虛擬樣機
1.2 運動學分析
碼垛機器人的拓撲結(jié)構(gòu)是串聯(lián)開鏈式的，見圖2。在各個關(guān)節(jié)軸上添加連桿坐標系，采用標準的Denavit–Hartenberg（DH）參數(shù)[12]來描述其結(jié)構(gòu)，見表1。
圖2 碼垛機器人的拓撲結(jié)構(gòu)
表1 六軸碼垛機器人的DH參數(shù)
Tab.1 DH parameters of 6-DOF palletizing robot
根據(jù)連桿變換的遞推公式可得到六軸碼垛機器人的正向運動學方程為：
對式（1）求關(guān)于時間的一階導數(shù)，有：
進而，可得到雅克比矩陣的偽逆為[13]：
聯(lián)立式（1）和式（3）可得碼垛機器人的運動學逆解為：
1.3 動力學分析
不失一般性地，碼垛機器人的剛體動力學方程可由Euler–Lagrange方程推導出來，其緊湊形式為[14]：
2 控制器設(shè)計
基于上述分析，可設(shè)計一個自適應(yīng)控制律來調(diào)節(jié)積分器的能力：
對于式（8）求關(guān)于時間的導數(shù)，有：
聯(lián)立式（6）、（11）和（12），并引入TDE技術(shù)[16]，可推導出關(guān)節(jié)控制力矩為：
接下來，對控制器（13）的穩(wěn)定性分析。選擇一個標準的Lyapunov函數(shù)為：
將式（6）、（9）和（12）代入到式（10）中，有：
對于式（15）求導，并聯(lián)立式（7）、（9）和（12），有：
3 結(jié)果分析
選用的SD500碼垛機器人含有6個NIDEC– MX–201伺服電機和6套Ruking SEA3–02NR 驅(qū)動器。在關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制實驗中，將上位機中MATLAB/Simulink搭建好的控制算法編譯后生成嵌入式代碼，并下載到實時仿真器中；仿真器輸出伺服驅(qū)動器的控制信號，實現(xiàn)對伺服電機的控制；最后，伺服電機將采集到的關(guān)節(jié)角信號反饋到上位機形成閉環(huán)控制，采樣頻率為1 000 Hz。需要注意的是，關(guān)節(jié)角速度信號與角加速度信號可通過差分法計算獲得，整個實驗的過程見圖10。
圖3 碼垛機器人系統(tǒng)樣機
圖4 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角
圖5 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角速度
圖6 規(guī)劃好的關(guān)節(jié)角加速度
圖7 末端執(zhí)行器的三維軌跡
圖8 末端執(zhí)行器位置變化
圖9 末端執(zhí)行器姿態(tài)變化
圖10 實驗流程
同時，為了測試文中所設(shè)計的基于TDE技術(shù)的適應(yīng)積分滑?？刂破鞯男阅埽x擇文獻[17]中提出的雙積分滑?？刂破鳎↖SMC）和文獻[18]提出的PID控制器與之進行比較。3種控制策略的控制參數(shù)均通過人工試湊的方式確定，見表2。這里需要指出的是，ISMC和PID中控制參數(shù)的解釋詳見參考文獻，文中不再過多描述。
圖11給出了3種控制器作用下碼垛機器人各關(guān)節(jié)的跟蹤效果，可以看出3種控制器均能使各關(guān)節(jié)較好地跟蹤上參考軌跡，這表明通過人工試湊獲得各控制器參數(shù)是合理有效的。另外，在圖12中給出了各關(guān)節(jié)的跟蹤誤差曲線，可以很明顯地看出文中控制器的跟蹤精度要優(yōu)于ISMC和PID。這也說明文中控制器的TDE技術(shù)可以很好地估計碼垛機器人中的未建模特性和外界負載變化，積分環(huán)節(jié)也可以較好地消除系統(tǒng)輸出的靜態(tài)誤差，使得控制器具有較高的魯棒性。
表2 3種控制器的參數(shù)
Tab.2 Parameters of the three controllers
圖11 關(guān)節(jié)角的跟蹤響應(yīng)
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圖12 關(guān)節(jié)角的跟蹤誤差
表3 3種控制器下的MAE值和RMSE值
Tab.3 MAE and RMSE of the three controllers
4 結(jié)語
文中設(shè)計了一種結(jié)合TDE技術(shù)和自適應(yīng)ISMC的控制策略來解決碼垛機器人關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制問題，從而提高不同顏色圓餅工件的分揀質(zhì)量，得到的主要結(jié)論有：設(shè)計了一款面向圓餅工件分揀的碼垛機器人系統(tǒng)，包括輸送帶、顯示器、上下料架、機器人、長距離RGB顏色傳感器等，并詳細地闡述了該機器人的工作原理；建立了碼垛機器的運動學模型與動力學模型，并給出了關(guān)節(jié)空間內(nèi)軌跡規(guī)劃算法；設(shè)計了自適應(yīng)積分滑?？刂破鱽韺崿F(xiàn)關(guān)節(jié)角的跟蹤控制，并用TDE來估計和補償系統(tǒng)的未建模特性與外界干擾；與PID和ISMC相比，文中控制器的MAE值和RMSE值最小，具有較高的跟蹤精度、較高的魯棒性和較強的抗干擾性。
在今后的研究中，會進一步研究其他控制算法來提高碼垛機器人的控制性能。同時，也會基于機器視覺研究工件位姿快速定位算法，提高碼垛機器人的工作效率。
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Adaptive Integral Sliding Mode Control of Palletizing Robot System for Round Piece Sorting
WANG Hong-bo1,YAO Jia-ling2
(1. School of Transportation and Safety, Jiangsu College of Safety Technology, Jiangsu Xuzhou 221011, China; 2. College of Automobile and Traffic Engineer, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)
The work aims to propose a control strategy combing time delay estimation technique and adaptive integral sliding mode for trajectory tracking control in joint space of palletizing robot under unmodeled characteristics and load variation. According to the sorting requirements of round pieces, a desktop palletizing robot system was designed. The kinematics and dynamics models of the robot were derived to obtain the trajectory planning algorithm in joint space. Then, the trajectory tracking controller in joint space was designed based on the model-free idea. The joint angles of the robot were obtained by the Jacobi pseudo-inverse method and the trajectory of each joint was acquired through the proposed trajectory planning algorithm. Compared with PID controller and integral sliding mode controller, the proposed controller had better control accuracy, stronger disturbance rejection and higher robustness. The simulation and experiment results prove that the adaptive integral sliding mode controller designed based ontime delay estimation technique is reasonable and can help the palletizing robot deal with the tasks of round pieces sorting, which has a certain engineering value.
palletizing robot; integral sliding mode; time delay estimation; joint space; trajectory tracking control
TB486；TP242
A
1001-3563(2022)15-0281-08
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.15.033
2021–10–13
國家自然科學基金（51975299）；江蘇省自然科學基金（BK20181403）
王洪波（1983—），男，本科，江蘇安全技術(shù)職業(yè)學院講師，主要研究方向為載運工具運用工程、機器人技術(shù)。
責任編輯：曾鈺嬋
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