｜串聯式機械手臂之數位重新設計型軌跡追蹤器介紹

摘要：串聯式多軸機械手臂是一種複雜的非線性統，本文將針對此機械臂介紹一種控制器設計的方法。首先，運用最佳線性化法則，對此系統於每個操作點建構出對應的等效線性模型。再者，運用線性二次式最佳化理論，設計類比軌跡追蹤器。當控制參數的設定呈現高增益特性時，具有優異的軌跡追蹤效果。最後，為實現此類比控制器的考量，運用數位重新技術建構等效的數位資料控制系統。

Abstract: Serial manipulator is a complex nonlinear system. This paper focuses on introducing a control design for this kind of robot. At first, by using optimal linearization algorithm, the system can be modeled as corresponding linear models by assigning operation points. Based on the linear quadratic optimal theorem, an analog trajectory tracker is given. Since the parameters of the controller are assigned to satisfy the high gain property, the control system can provide good tracking performances. Finally, for considering the implementation of the controller design, a sampled-data control system is constructed by adopting the technology of digital redesign

關鍵詞：串聯式機械手臂、最佳線性化方法、軌跡追蹤器、數位重新設計

Keywords：Serial manipulator, Optimal linearization algorithm, Trajectory tracker, Digital redesign

前言
機械手臂是一種仿造人類手臂且能完成各種作業的自動控制設備，廣泛應用在工業組裝、噴漆、焊接等危險及環境惡劣的工作。由於產業需求日漸增加且功能要求逐漸複雜，發展多軸機械臂的精確運動控制則格外重要。隨著科技的進步，嵌入式系統、微控制器的處理速度、功能皆大幅提升。許多高階控制法則亦能逐漸以數位化控制技術實現與驗證。其中，數位重新設計方法是一種將原先已存在的類比控制法則，等效成對應的離散控制方法，此等效技術不僅能保有類比控制器的優良控制性能，同時具有數位控制的優點─低成本、高設計彈性、良好的可靠度。數位重新設計最早的設計概念是由Kuo提及[1]，他提出一種離散狀態匹配方法並應用於單軸衛星系統。後續研究學者進一步發展出各種最佳化數位重新設計方法[1-6]。