Trajectory Optimization of Robots With Regenerative Drive Systems: Numerical and Experimental Results

控制理论(社会学) 机器人 最优控制 弹道 点(几何) 计算机科学 能源消耗 控制工程 能量(信号处理) 工程类 控制(管理) 数学优化 数学 人工智能 物理 统计 几何学 天文 电气工程
作者
Poya Khalaf,Hanz Richter
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:36 (2): 501-516 被引量:33
标识
DOI:10.1109/tro.2019.2923920
摘要

In this paper, we investigate energy-optimal control of robots with ultracapacitor-based regenerative drive systems. Based on a previously introduced framework, a fairly generic model is considered for the robot and the drive system. An optimal control problem is formulated to find point-to point trajectories maximizing the amount of energy regenerated and stored in the capacitor. The optimization problem, its numerical solution, and an experimental evaluation are demonstrated using a PUMA manipulator with custom regenerative drives. Power flows, stored regenerative energy, and efficiency are evaluated. Tracking of optimal trajectories is enforced on the robot using a standard robust passivity based control approach. Experimental results show that when following optimal trajectories, a reduction of about $\text{10}\text{--}\text{22}\%$ in energy consumption can be achieved for the conditions of the study, relative to the nonregenerative case.
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