Optimal feedback control of a flexible one-link robotic manipulator

유연한 단일링크 로봇 조작기의 최적귀환제어

A flexible one-link robotic manipulator is modelled as a rotating cantilever beam with a hub and tip mass. An active control law is developed with consideration of the distributed flexibility of the arm. Equation of motion is derived by Hamilton's principle and, for modal control, represented as state variable form using Galerkin's mode summation method. Feedback coefficients are chosen to minimize the linear quadratic performance index(PI). To reconstruct the complete state vector from the measurements, an observer is proposed. In order to suppress vibration of the manipulator arm to desirable extent and to obtain accuracy of the positioning, weighting factor of input in PI is adjusted. Spillover effect due to the controller which controls several important modes is examined. Experiment is also performed to validate the theoretical analysis.

본 연구에서는 유연한 로봇 조각기를 허브가 있는 첨단질량이 부착된 유연한 외팔보로 모델링하고 Hamilton의 원리에 의하여 유도된 운동방정식을 Galerkin의 모우 드 합 방접을 이용하여 유한차원화하여 상태방정식으로 표시하였다. 계를 제어 모우 드부(controlled mode part)와 잔류 모우드부(residual mode part)로 나누어 제어 모 우드부에 대해 최적제어 이론을 도입하여 귀환계수(feedback ccefficient)를 구하였으 며 측정이 불가능한 상태변수(inaccessible state)를 근사적으로 추정하기 위하여 Lu- enberger 관측기가 사용되었다.2차 성능계수(quadratic performance index)내의 입 력에 대한 가중치의 변화에 따른 제어효과 및 계의 여러 모우드중 중요 모우드만 제어 하는 제어기를 사용함에 따른 Spillover 효과가 계의 제어효과에 미치는 영향을 시뮬 레이션을 통하여 고찰하였으며, 또한 실험을 통하여 이론의 타당성을 검토하였다.