全电重载机械臂：执行器配置优化与无传感器控制
系统与控制
2025-09-22 v1 机器人学
系统与控制
摘要
本文提出了一个统一框架，集成了由机电直线执行器（EMLA）驱动的全电重载机械臂（HDRM）的建模、优化与无传感器控制。构建了 EMLA 模型以捕捉电机机电特性与方向相关的传动效率，同时建立了包含运动学与动力学的 HDRM 数学模型，用于为指定的 TCP 轨迹生成关节空间运动轮廓。针对该模型定制的确保安全轨迹生成器，在保证关节限位与速度裕度的同时，将笛卡尔目标映射至关节空间。基于所得的力与速度需求，采用多目标非支配排序遗传算法 II（NSGA-II）选择最优 EMLA 配置。为加速该优化过程，在优化中嵌入了一个以 EMLA 参数训练的深度神经网络，用于根据轨迹轮廓预测执行器稳态效率。对于选定的 EMLA 设计，一个以解析模型为锚定并经实验数据精炼的物理信息 Kriging 代理模型学习了 EMLA 输出的残差，以支持力与速度的无传感器控制。执行器模型进一步嵌入至输出电压命令的分层虚拟分解控制（VDC）框架中。在单自由度 EMLA 实验台上的实验验证了在不同负载下精确的轨迹跟踪与有效的无传感器控制。
引用
@article{arxiv.2509.15778,
title = {All-Electric Heavy-Duty Robotic Manipulator: Actuator Configuration Optimization and Sensorless Control},
author = {Mohammad Bahari and Amir Hossein Barjini and Pauli Mustalahti and Jouni Mattila},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.15778},
year = {2025}
}