機器手臂為一多軸、多自由度機構,動力系統非線性且複雜,為解決其控 制問題,學者發展出不同的控制理論。這些不同的控制理論各有其適用環 境與限制條件。由於作業過程中,工作需求及環境常發生改變,為了使機 器手臂應付不同的變化而達成工作目標,單一的控制理論模式顯然不夠。 如能將各項控制理論模組化,依照工作需求選擇最佳模組,以適當順序連 接結合成一體,將可產生互補架構,形成一多功能及彈性化控制器。如此 可擴增機器手臂功能,使其有效地完成複雜多變的工作需求。在建立控制 器前,必須分析機器手臂的運動方程式,由於機器手臂為一多輸入、多輸 出系統,運動方程式複雜,本文藉由一階及二階影響係數 (First and Second Order Influence Coefficients),配合Lagrange動態方程式的動 能與位能特性,推導出n軸機器手臂的運動方程式。在構建多功能控制器 方面,選擇兩種常見的控制理論:適應控制和非線性補償控制進行結合研 究,並以設計結果驅動四軸SCARA及六軸PUMA-560機器手臂進行驗證。由 於控制理論不同,輸出控制量有異,在結合界面會產生不連續變化,為此 本文設計一平滑曲線連接結合界面,以保持系統平穩運行。在模擬過程中 ,設計一項工作任務,使機器手臂抓舉一未知工作件,並追蹤預設之運行 軌跡,以測試控制器性能。電腦模擬結果顯示,各控制理論皆能發揮其功 能,且在結合界面的驅動力輸出相當平順,顯示控制理論結合的可行性。 最後,本文對於機器手臂多功能控制器的後續研究提出構想與建議。
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