基于Timoshenko梁理的滑模控制器用于驱动腱索的机器人手腕
机器人学
2026-01-13 v1
摘要
开发灵活的机器人关节对于推进机器人系统的操控能力至关重要。本文 presents 一种驱动腱索的机器人手腕关节设计与实现，以及用于精确运动控制的高效滑模控制器 (SMC)。该手腕机制采用基于Timoshenko的建模方法，准确捕捉其运动学与动力学特性，为控制器中的腱索力计算提供基础。所提出的 SMC 旨在实现快速动态响应和计算效率，使其能够在不同工作条件下实现准确的轨迹跟踪。通过与类似手腕机制现有控制器的比较分析，验证了该控制器的有效性。所提出的 SMC 在仿真和实验研究中均表现出优异性能。仿真中的均方根误差 (RMSE) 约为 1.67e-2 弧度，实验验证误差为 0.2 弧度。此外，该控制器实现了小于 3 秒的稳定时间和小于 1e-1 弧度的稳态误差，始终在仿真和实验评估中得到观察。比较分析表明，所开发的 SMC 在运动精度、快速收敛和稳态精度方面均优于替代控制策略。该工作为未来在机器人应用中探索驱动腱索手腕机制和控制策略奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2601.07009,
title = {A Sliding Mode Controller Based on Timoshenko Beam Theory Developed for a Tendon-Driven Robotic Wrist},
author = {Shifa Sulaiman and Mohammad Gohari and Francesco Schetter and Fanny Ficuciello},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.07009},
year = {2026}
}