Entkopplungsregelung und Reibungskompensation für einen Roboter mit elastischen verkoppelten Gelenken

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt die Regelung und Reibungskompensation von Robotern mit elastischen und differentiell getriebenen Gelenken (implementiert am Beispiel des DLR-Medizinroboters). Unter Berücksichtigung der Gelenkverkopplung wird ein MIMO-Zustandsregler (multi-input-multi-output) für die Doppelgelenkstruktur des Medizinroboters eingeführt, der auf der Rückführung der gemessenen Motorpositionen, abtriebsseitigen Drehmomente und deren Ableitungen basiert. Um die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern, wird zusätzlich ein Störgrößenbeobachter für die Reibungskompensation entwickelt. Es wird gezeigt, dass der Roboter mit dem MIMO-Zustandsregler und dem Störgrößenbeobachter global asymptotisch stabil ist. Abschließend werden experimentelle Ergebnisse mit dem DLR-Medizinroboter zur Validierung des Ansatzes vorgestellt. Abstract The paper describes the control and friction compensation of a robot with flexible joints (the DLR medical robot), which has strong mechanical couplings within pairs of joints realized with a differential gear-box. In consideration of this coupling, a MIMO state controller is designed for the strongly coupled joints. In addition a disturbance observer is developed to compensate the nonlinear effects of the friction and to improve the position accuracy of the robot. It is shown that the system is global asymptotically stable for the MIMO controller and the disturbance observer. Finally, experimental results with the DLR medical robot are presented validating the proposed concept.

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