Data-Driven Model Predictive Control for Redundant Manipulators With Unknown Model

模型预测控制 计算机科学 控制(管理) 控制理论(社会学) 人工智能
作者
Jingkun Yan,Long Jin,Bin Hu
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (10): 5901-5911 被引量:37
标识
DOI:10.1109/tcyb.2024.3408254
摘要

The tracking control of redundant manipulators plays a crucial role in robotics research and generally requires accurate knowledge of models of redundant manipulators. When the model information of a redundant manipulator is unknown, the trajectory-tracking control with model-based methods may fail to complete a given task. To this end, this article proposes a data-driven neural dynamics-based model predictive control (NDMPC) algorithm, which consists of a model predictive control (MPC) scheme, a neural dynamics (ND) solver, and a discrete-time Jacobian matrix (DTJM) updating law. With the help of the DTJM updating law, the future output of the model-unknown redundant manipulator is predicted, and the MPC scheme for trajectory tracking is constructed. The ND solver is designed to solve the MPC scheme to generate control input driving the redundant manipulator. The convergence of the proposed data-driven NDMPC algorithm is proven via theoretical analyses, and its feasibility and superiority are demonstrated via simulations and experiments on a redundant manipulator. Under the drive of the proposed algorithm, the redundant manipulator successfully carries out the trajectory-tracking task without the need for its kinematics model.
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