Algorytmy sterowania manipulatorów sztywnych w przestrzeni zadaniowej

Algorytm ten jest poświęcony zagadnieniom sterowania manipulatorów sztywnych, a więc układów robotycznych o nieruchomej podstawie (bazie) zbudowanych z łańcucha ramion będących ciałami sztywnymi, połączonych sztywnymi przegubami. Manipulator może być częścią robota manipulacyjnego lub być umieszczony na platformie mobilnej.

Zgodnie z klasycznym paradygmatem automatyki, najwcześniejsze algorytmy sterowania używane w robotach traktowały dynamikę manipulatora jako zbiór niesprzężonych ze sobą liniowych obiektów sterowania rzędu drugiego, opisujących pojedyncze stopnie swobody. Do każdego z tych obiektów stosowano regulator typu PD lub PID. To tradycyjne podejście dominuje nadal w robotach przemysłowych, nie jest ono jednak w stanie zagwarantować odpowiedniej jakości sterowania wymaganej we współczesnych zastosowaniach robotów. Wiadomo bowiem, że podczas realizacji ruchów o dużym zakresie zmian położenia i prędkości, istotną rolę zaczynają odgrywać nieliniowości dynamiki oraz sprzężenia dynamiczne między ogniwami. Wysokie wymagania dotyczące stabilności i dokładności stawiane obecnie układom sterowania manipulatorów mogą być spełnione wtedy, gdy algorytmy sterowania opierają się na kompletnych, nieliniowych równaniach dynamiki manipulatora. Gdy model dynamiki manipulatora nie jest w pełni znany, używane są algorytmy sterowania adaptacyjnego lub odpornego. Algorytmy sterowania wykorzystujące model dynamiki manipulatora zaczynają obecnie być stosowane przez czołowych producentów w robotach przemysłowych.

Zadania sterowania manipulatora można sklasyfikować w zależności od pożądanego zachowania efektora. Najczęstszym celem sterowania jest przeprowadzenie efektora od określonego punktu początkowego do punktu końcowego przestrzeni zadaniowej. W naszych rozważaniach skoncentrujemy się na algorytmach sterowania zapewniających śledzenie zadanej trajektorii. Przyjmiemy założenie o regularności trajektorii zadanej, a mianowicie założymy, że zadana trajektoria jest gładka i ograniczona.