考虑风扰的空中机械臂系统力位混合控制.pdf

第4 6卷第5期武汉科技大学学报V o l.4 6,N o.52 0 2 3年1 0月J o u r n a l o fW u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yO c t.2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 6 基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 1 6 0 5 3 4 4);武汉市应用基础前沿项目(2 0 1 9 0 1 0 7 0 1 0 1 1 4 0 4).作者简介:彭定亮(1 9 9 7-),男,武汉科技大学硕士生.E-m a i l:p e n g d i n g l i a n g y x 1 6 3.c o m 通讯作者:郝志强(1 9 8 3-),男,武汉科技大学工程师.E-m a i l:h a o z h i q i a n g w u s t.e d u.c nD O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 6 7 4-3 6 4 4.2 0 2 3.0 5.0 1 0考虑风扰的空中机械臂系统力位混合控制彭定亮1,郭宇飞1,李慧子2,郝志强1,王志刚1(1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室,湖北 武汉,4 3 0 0 8 1;2.中国舰船研究设计中心,湖北 武汉,4 3 0 0 6 4)摘要:针对空中机械臂系统接触作业问题,采用一个力位混合控制框架,在控制空中机械臂系统稳定飞行的同时,实现机械臂在接触过程中的轨迹跟踪,并与环境保持一定大小的接触力。首先,将作业空间分为2个子空间,分别进行接触力控制和位置控制。然后,借助比例-微分控制和接触力前馈控制实现对力的控制,对于位置控制则利用一种固定时间收敛的快速终端滑模控制方法来实现。最后,在风扰下对空中机械臂系统进行位置控制和接触力控制的仿真实验。结果显示,这种固定时间收敛的快速终端滑模控制方法能够有效抑制外界风扰的影响,实现位置和接触力同时控制。关键词:空中机械臂;力位混合控制;风扰;快速终端滑模控制中图分类号:T J 7 6 5.2;T P 2 4 1 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 4-3 6 4 4(2 0 2 3)0 5-0 3 9 3-0 8 空中机械臂系统主要由旋翼无人机和作业机械臂构成,通常应用于基础设备检测1-2、工程辅助3-4、生活服务5-7等领域。在实施相关作业时,机械臂系统会与外部环境发生物理接触,因此需对其接触力和位置进行精确、有效的控制。机械臂系统与外部环境的物理交互方式可分为准静态接触和动态接触8。当机械臂系统相对所接触环境或物体几乎静止时为准静态接触,如物体的抓取9和摆放1 0,当机械臂系统与所接触环境或物体存在相对运动时为动态接触,如桥梁探伤1。当前,与空中机械臂系统力位控制相关的研究大多针对机械臂系统与外界环境的准静态接触。如F u m a g a l l i等1 1将阻抗控制方法1 2应用于空中机械臂系统的接触式作业控制,借助分级控制结构,将整个系统分为环境系统、无人机系统和机械臂系统等3个子系统并分别设计控制器,研究结果表明,使用该方法既能保证空中机械臂系统的自由飞行稳定性,也能保证其在作业过程中具有较理想的平稳特性。F o r t e等1 3利用阻抗控制方法,将空中机械臂系统分为横向、纵向及机械臂等3个控制闭环并分别设计控制策略,同样获得了较好的控制效果。相比之下,与空中机械臂系统动态控制相关的研究较少。孟祥冬等1 4针对空中机械臂系统的动态控制,设计了力位混合控制框架,将整个系统分为2个闭环子系统并对子系统分别进行接触力控制和位置控制,在保证空中机械臂系统平稳移动的同时也能有效控制其接触力。不过,需要指出的是,在已有的研究报道中,无论空中机械臂系统进行准静态接触或动态接触作业,均未考虑不确定风扰因素对机械臂系统 整 体 作 业 的 影 响,代 波 等1 5和E s c a r e o等1 6涉及风扰因素的研究也仅针对空中机械臂系统中的旋翼无人机部分。为了提升空中机械臂系统在不确定风扰下实施接触作业的控制精度、控制效率和稳定性,本文采用力位混合控制框架1 7,将空中机械臂整体系统作业空间分为2个正交子空间并借助比例-微分(P D)加接触力前馈控制方法以及一种固定时间收敛的快速终端滑模控制(F T S MC)方法分别进行接触力控制和位置控制,通 过 仿 真 模 拟,与 采 用 一 般 滑 模 控 制(S MC)方法的空中机械臂力位混合控制器1 4控制效果进行对比,以期为风扰条件下的空中机械臂系统力位混合控制研究提供参考。武汉科技大学学报2 0 2 3年第5期1 空中作业无人机的动力学模型1.1 风扰模型自然风具有突发性、持续性、周期性和不确定性等多种特点,模拟难度极大。粗略建立随机模型来模拟自然风,其风速v由基本风速v1、渐变风速v2和随机风速v3组成1 8。3种风速分别为:v1=a(1)v2=0,0tt0,tt2b(t-t0)t1-t0,t0tt1b(t-t1)t1-t2,t1t0+,q20(1 4)图3 机体坐标系下的机械臂结构F i g.3M a n i p u l a t o r s t r u c t u r e i nb o d yc o o r d i n a t e s y s t e m2.2 力控制器设计机械臂系统力控制采用传统的P D加接触力前馈控制方法。根据胡克定律,机械臂系统与外部环境接触时的测量力F为:F=K(x-xs),xxs0,x0,b20,a11,0a21。则该系统的平衡点固定时间Ts稳定且收敛时间有界,满足:Ts1,0k21。结合文献2 6 中的快速幂次趋近律和双幂次趋近律,设计一种固定时间收敛的终端滑模控制律:p=M()d-A k1|e1|k1-1e2-Bk2|e1|k2-1e2-1s i g n(s)2|s|1s i g n(s)-3|s|2s i g n(s)+C(,)(e2+d)+G()(2 1)式中,1、2、3均大于0,011。通过分析可知,式(2 0)滑模面具有收敛特性。当系统状态距平衡点较远时,As i g nk1(e1)起主导作用,保 证 系 统 快 速 收 敛;当 系 统 接 近 平 衡 点 时,Bs i g nk2(e1)起主导作用,保证系统在固定时间内稳定,使系统在整个过程中保持较快的收敛速度。基于引理1给出的固定时间Ts,对式(9)所示的系统动力学方程采用式(2 0)所示的滑模面以及式(2 1)所示的控制律,则系统误差在固定时间内收敛至平衡点,收敛时间T满足:TTm a x=T1+T2(2 2)式 中,T1=121-1()+132-1();T2=1Am i nk1-1()+1Bm i n1-k2()。证明:取L y a p u n o v函数V1=12sTs,对其求导得V1=sTs=sTA k1d i a g(|e1|k1-1)e2+B k2d i a g(|e1|k2-1)e2=sT-1s i g n(s)-2|s|1s i g n(s)-3|s|2s i g n(s)sT-1|s|-2|s|1-3|s|2-2|s|1+1-3|s|2+1=-2(2V1)1+12-3(2V1)(2+1)20(2 3)当|s|1时,V1-2(2V1)1+12-3(2V1)。当s1时,V1-2(2V1)-32V1()2+12。该快速终端滑模面满足L y a p u n o v稳定性理论,结合引理1可知,系统状态可在固定时间t1内达到滑模面s0,即:t1T1=12(1-1)+13(1-1)(2 4)由上分析证明可知,系统状态可从任意位置到达滑模面s0。然后沿着滑模面做趋近运动至平衡点的一个极小邻域内震荡,理想的滑动模态满足:e1=e2=As i g nk1(e1)-Bs i g nk2(e1)(2 5)考虑L y a p u n o v函数为:V2=12eT1e1(2 6)对其求导得:V2=eT1e2=-eT1As i g nk1e1()-Bs i g nk2(e1)A(2V2)(k1+1)2-B(2V2)(k2+1)2(2 7)系统状态在固定时间t2内收敛,即:t2T2=1Am i n(k1-1)+1Bm i n(1-k2)(2 8)综合可得,收敛时间为:T=t1+t2Tm a x=T1+T2。对本研究采用非奇异固定时间终端滑模面的优越性进行验证。选取一般滑模面s1和传统非奇异终端滑模面s2进行仿真对比。一般滑模面为:s1=1e1+e2(2 9)式中,1。传统终端滑模面为:s2=2e1+3s i g nr(e2)(3 0)式中,2、3、r。为了便于对仿真结果进行对比,相关参数的取值依次为:1=2=3=1;A=d i a g(11111111);k1=3/5;B=d i a g(2 02 02 02 02 02 02 02 0);k2=5/3。则本研究所采用的具有固定时间收敛的快速终端滑模面可表示为:s=e2+As i g nk1(e1)+Bs i g nk2(e1)(3 1)选用不同的滑模面,分别在初始状态x(0)为0.1和1 0时进行仿真模拟,结果如图4所示。由图4可见,无论系统初始状态是在平衡点附近还是远离平衡点处,与采用滑模面s1和s2相比,采用固定时间收敛的快速终端滑模面s明显提高了系统状态的收敛速度,该仿真结果充分证实了采用滑模面s的优越性。6932 0 2 3年第5期彭定亮,等:考虑风扰的空中机械臂系统力位混合控制(a)x(0)=0.1(b)x(0)=1 0图4 不同滑模面条件下的仿真结果F i g.4S i m u l a t i o nr e s u l t sw i t hd i f f e r e n t s l i d i n g-m o d e s u r f a c e s3 机械臂系统力位混合控制仿真分析基 于M a t l a b/S i m u l i n k软 件,分 别 采 用F T S MC和S MC方法,在无外界干扰或存在风扰因素的条件下对空中机械臂系统进行力位混合控制仿真模拟,该系统的主要模拟参数见表1。根据系统参数设定系统初始的状态为:=0,0,0,0,0,0,/8,/6T;机械臂的外部接触环境位于X为2.1 2m处;预设旋翼无人机的期望轨迹和期望姿态分别为:pTb=2,0.2t,6T;T=0,0,0T;机械臂末端在机体坐标Z轴方向的期望轨迹为:z(t)=0.0 3 s i n3t+2+0.0 5;机械臂末端与外部 环 境 的 期 望 接 触 力Fd为5 N。设 定F T S MC控制器参数为:A=d i a g(1 04 0 01 04 0 04 0 04 0 04 0 04 0 0);k1=5/3;B=d i a g(1111 0 01 0 01 0 01 01 0);k2=3/5;1=0.2;2=0.1;3=1 0 0;1=0.5;2=2。设定P D控制器参数为:Kp=6 0 0;Kd=1 5。表1 空中机械臂系统主要参数T a b l e1M a i np a r a m e t e r so fa e r i a lm a n i p u l a t o r s y s t e m参数取值旋翼无人机质量/k g2旋翼无人机矩阵惯量/(k g/m2)d i a g(1.2 41.2 42.4 8)机械臂杆1长度/m0.1机械臂杆1质量/k g0.1机械臂杆1绕转动轴惯量/(k g/m2)0.0 0 1 1机械臂杆2长度/m0.1机械臂杆2质量/k g0.1机械臂杆2绕转动轴惯量/(k g/m2)0.0 0 1 13.1 不考虑外界干扰时的仿真结果不考虑外界干扰即e x t0。此时,将位置控制系统中期望位置与实际位置的差值作为反馈信号。根据图1所示的空中机械臂系统结构及仿真设定的期望值可知,对空中机械臂系统进行位置控制时,要求在旋翼无人机向 轴方向移动的同时,由机械臂末端来完成轨迹跟踪和接触力控制。图5和图6所示分别为无外界干扰条件下无人机的位置、姿态以及机械臂末端轨迹的仿真模拟结果。通过分析图5中无人机在X、Y、Z方向上的位置和姿态角变化可知,采用F T S MC方法对空中机械臂系统进行位置控制时,无论在控制精度还是响应速度上均较采用S MC方法时有明显提高,并且图6的 仿 真 结 果 同 时 表 明,所 采 用 的F T S MC方法在机械臂末端轨迹跟踪方面也有更好的表现。(a)位置变化(b)姿态变化图5 无人机的位置及姿态F i g.5P o s i t i o na n da t t i t u d eo fu n m a n n e da e r i a l v e h i c l e s793武汉科技大学学报2 0 2 3年第5期 在对空中机械臂系统进行接触力控制时,选择P D控制器和接触力前馈控制来实施对期望力的控制,该控制器将实际接触力与相应期望力的差值作为反馈信号。虽然位置控制系统和力控制系统分开控制,但整个空中机械臂系统是耦合关系,相互会产生影响。无外界干扰条件下,机械臂系统接触力控制的仿真模拟结果如图7所示。由图7可见,随着系统位置控制精度的提升以及响应时间的延长,系统接触力的控制效果也相应提高。图6 机械臂末端轨迹F i g.6T e r m i n a l t r a j e c t o r yo f t h em a n i p u l a t o r图7 机械臂的接触力F i g.7C o n t a c t f o r c eo f t h em a n i p u l a t o r3.2 考虑外界风扰的仿真结果对式(4)所描述的随机自然风进行模拟,结果如图8所示。图8 模拟风速F i g.8S i m u l a t e dw i n ds p e e d 在风扰条件下,分别采用F T S MC控制器和S MC控制器对空中机械臂系统进行位置控制,旋翼无人机的位置、姿态以及机械臂末端轨迹的仿真模拟结果分别如图9和图1 0所示。由图9和图1 0可见,无论对于无人机的运动轨迹还是机械臂末端执行器的运动轨迹,采用F T S MC控制器在控制精度和响应速度上均比采用S MC控制器时有明显提升,并且采用F T S MC控制器对外界风扰的抗干扰能力也更强。(a)位置变化(b)姿态变化图9 风扰下的无人机位置及姿态F i g.9P o s i t i o na n da t t i t u d eo fu n m a n n e da e r i a l v e h i c l e su n-d e rw i n dd i s t u r b a n c e图1 0 风扰下的机械臂末端轨迹F i g.1 0T e r m i n a l t r a j e c t o r yo ft h em a n i p u l a t o ru n d e rw i n dd i s t u r b a n c e4 结论(1)应用力位混合控制框架将机械臂系统位置控制和接触力控制分解成相互正交的两部分,并分别 借 助 传 统 的P D加 接 触 力 前 馈 控 制 和F T S MC进行接触力控制和位置控制。(2)应用力位混合控制器能够有效抑制风扰8932 0 2 3年第5期彭定亮,等:考虑风扰的空中机械臂系统力位混合控制的影响,在风扰下实现了对空中机械臂系统的力及位置进行同时控制。(3)与S MC控制器相比,F T S MC控制器在控制速度/控制精度和抗干扰能力等方面均有明显提升,具有良好的鲁棒性。参考文献1 I k e d aT,Y a s u iS,F u j i h a r aM,e ta l.W a l lc o n t a c tb yo c t o-r o t o rUAV w i t ho n eD o F m a n i p u l a t o rf o rb r i d g e i n s p e c t i o nC/2 0 1 7 I E E E/R S J I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t R o b o t s a n d S y s t e m s(I R O S).V a n c o u v e r,B C,C a n a d a,S e p t e m b e r2 4-2 8,2 0 1 7:5 1 2 2-5 1 2 7.2 K u t i aJR,S t o lK A,X u W L.A e r i a lm a n i p u l a t o ri n t e r a c t i o n s w i t ht r e e sf o rc a n o p y s a m p l i n gJ.I E E E/A S MET r a n s a c t i o n so nM e c h a t r o n i c s,2 0 1 8,2 3(4):1 7 4 0-1 7 4 9.3 S u nY,P l o w c h aA,N a i lM,e t a l.U n m a n n e da e r i a la u g e r f o ru n d e r g r o u n ds e n s o r i n s t a l l a t i o nC/2 0 1 8I E E E/R S JI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nI n t e l l i g e n tR o b o t sa n dS y s t e m s(I R O S).M a d r i d,S p a i n,O c t o-b e r1-5,2 0 1 8:1 3 7 4-1 3 8 1.4 P a r kS,L e e J,A h nJ,e t a l.O d a r:a e r i a lm a n i p u l a-t i o np l a t f o r me n a b l i n go m n i d i r e c t i o n a lw r e n c hg e n-e r a t i o nJ.I E E E/A S ME T r a n s a c t i o n so n M e c h a-t r o n i c s,2 0 1 8,2 3(4):1 9 0 7-1 9 1 8.5 M XD,H eYQ,L iQ,e t a l.C o n t a c t f o r c e c o n t r o lo fa na e r i a lm a n i p u l a t o ri np r e s s i n ga ne m e r g e n c ys w i t c hp r o c e s sC/2 0 1 8I E E E/R S JI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t R o b o t s a n d S y s t e m s(I R O S).M a d r i d,S p a i n,O c t o b e r1-5,2 0 1 8:2 1 0 7-2 1 1 3.6 K o r p e l aC,O r s a g M,P e k a l a M,e ta l.D y n a m i cs t a b i l i t yo fam o b i l em a n i p u l a t i n gu n m a n n e da e r i a lv e h i c l eC/2 0 1 3I E E Ei n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nr o b o t i c sa n da u t o m a t i o n.K a r l s r u h e,G e r m a n y,M a y6-1 0,2 0 1 3:4 9 2 2-4 9 2 7.7 K i m S,S e o H,K i m HJ.O p e r a t i n ga nu n k n o w nd r a w e ru s i n ga na e r i a lm a n i p u l a t o rC/2 0 1 5I E E EI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nR o b o t i c sa n dA u t o m a-t i o n(I C R A).S e a t t l e,WA,U S A,M a y2 6-3 0,2 0 1 5:5 5 0 3-5 5 0 8.8 杨斌,何玉庆,韩建达,等.作业型飞行机器人研究现状与展望J.机器人,2 0 1 5,3 7(5):6 2 8-6 4 0.9 Z h a n gGY,H eYQ,D a iB,e t a l.G r a s pam o v i n gt a r g e t f r o mt h ea i r:s y s t e ma n dc o n t r o lo fa na e r i a lm a n i p u l a t o rC/2 0 1 8I E E EI n t e r n a t i o n a lC o n f e r-e n c eo n R o b o t i c sa n d A u t o m a t i o n(I C R A).B r i s-b a n e,Q L D,A u s t r a l i a,M a y2 1-2 5,2 0 1 8:1 6 8 1-1 6 8 7.1 0L e eH,K i m H,K i m HJ.P l a n n i n ga n dc o n t r o l f o rc o l l i s i o n-f r e ec o o p e r a t i v ea e r i a lt r a n s p o r t a t i o nJ.I E E ET r a n s a c t i o n so nA u t o m a t i o nS c i e n c ea n dE n-g i n e e r i n g,2 0 1 8,1 5(1):1 8 9-2 0 1.1 1F u m a g a l l iM,N a l d iR,M a c c h e l l iA,e ta l.D e v e l o-p i n ga na e r i a lm a n i p u l a t o r p r o t o t y p e:p h y s i c a l i n t e r-a c t i o nw i t ht h ee n v i r o n m e n tJ.I E E ER o b o t i c sa n dA u t o m a t i o nM a g a z i n e:A,2 0 1 4,2 1(3):4 1-5 0.1 2M e b a r k i R,L i p p i e l l oV,S i c i l i a n oB.E x p l o i t i n gi m-a g em o m e n t sf o ra e r i a lm a n i p u l a t i o nc o n t r o lC/A S ME2 0 1 3D y n a m i cS y s t e m sa n dC o n t r o lC o n f e r-e n c e.P a l oA l t o,C a l i f o r n i a,U S A,O c t o b e r2 1-2 3,2 0 1 3.1 3F o r t eF,N a l d iR,M a c c h e l l iA,e ta l.I m p e d a n c ec o n t r o l o fa na e r i a lm a n i p u l a t o rC/2 0 1 2 Am e r i-c a nC o n t r o lC o n f e r e n c e(A C C).M o n t r e a l,Q u e b e c,C a n a d a,J u n e2 7-2 9,2 0 1 2:3 8 3 9-3 8 4 4.1 4孟祥冬,何玉庆,韩建达.接触作业型飞行机械臂系统的 力/位 置 混 合 控 制 J.机 器 人,2 0 2 0,4 2(2):1 6 7-1 7 8.1 5代波,何玉庆,谷丰,等.基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制J.机器人,2 0 2 0,4 2(1):7 9-8 8.1 6E s c a r e oJ,S a l a z a rS,R o m e r oH,e t a l.T r a j e c t o r yc o n t r o l o faq u a d r o t o rs u b j e c tt o2 D w i n dd i s t u r b-a n c e sJ.J o u r n a lo fI n t e l l i g e n ta n d R o b o t i cS y s-t e m s,2 0 1 3,7 0:5 1-6 3.1 7王佳松,郭宇飞,王志刚,等.考虑基础振动与惯量不确定的机械臂力位混合控制J.武汉科技大学学报,2 0 2 0,4 3(6):4 4 7-4 5 5.1 8吴瀚文.四旋翼飞行器抗风控制研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2 0 1 6.1 9L i p p i e l l oV,R u g g i e r oF.C a r t e s i a ni m p e d a n c ec o n-t r o l o faUAV w i t har o b o t i ca r mJ.I F A CP r o-c e e d i n g sV o l u m e s,2 0 1 2,4 5(2 2):7 0 4-7 0 9.2 0李选聪.多旋翼无人机的机械臂抓取动力学分析和控制研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2 0 1 6.2 1P o l y a k o vA,E f i m o vD,P e r r u q u e t t iW.R o b u s t s t a-b i l i z a t i o no fM I MOs y s t e m s i nf i n i t e/f i x e dt i m eJ.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fR o b u s ta n dN o n l i n e a rC o n-t r o l,2 0 1 6,2 6(1):6 9-9 0.2 2Z u oZY,T i eL.D i s t r i b u t e dr o b u s t f i n i t e-t i m en o n-l i n e a rc o n s e n s u sp r o t o c o l sf o rm u l t i-a g e n ts y s t e m sJ.I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o f S y s t e m s S c i e n c e,2 0 1 6,4 7(6):1 3 6 6-1 3 7 5.2 3姚来鹏,侯保林.弹药传输机械臂固定时间终端滑模控制J.哈尔滨工业大学学报,2 0 2 1,5 3(1):1 0 9-1 1 6.2 4宋杉,丁美丽,王桂明,等.研究自适应固定时间的空天飞行 器 姿 态 滑 模 控 制 J.粘 接,2 0 2 0(1 1):1 8 1-1 8 4,1 8 8.993武汉科技大学学报2 0 2 3年第5期2 5赵国荣,李晓宝,刘帅,等.自适应非奇异快速终端滑模固定时间收敛制导律J.北京航空航天大学学报,2 0 1 9,4 5(6):1 0 5 9-1 0 7 0.2 6李慧洁,蔡远利.基于双幂次趋近律的滑模控制方法J.控制与决策,2 0 1 6,3 1(3):4 9 8-5 0 2.F o r c ea n dp o s i t i o nh y b r i dc o n t r o l f o ra e r i a lm a n i p u l a t o r s y s t e mw i t hw i n dd i s t u r b a n c e c o n s i d e r e dP e n gD i n g l i a n g1,G u oY u f e i1,L iH u i z i2,H a oZ h i q i a n g1,W a n gZ h i g a n g1(1.K e yL a b o r a t o r yo fM e t a l l u r g i c a lE q u i p m e n t a n dC o n t r o lT e c h n o l o g yo fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,W u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,W u h a n4 3 0 0 8 1,C h i n a;2.C h i n aS h i pD e v e l o p m e n t a n dD e s i g nC e n t e r,Wu h a n4 3 0 0 6 4,C h i n a)A b s t r a c t:A i m e da t t h ep r o b l e mo f c o n t a c t o p e r a t i o no f t h e a e r i a lm a n i p u l a t o r s y s t e m,ah y b r i d f o r c e/p o s i t i o nc o n t r o l f r a m e w o r kw a su s e dt oc o n t r o l t h es t a b l e f l i g h to f t h ea e r i a lm a n i p u l a t o rs y s t e ma n dr e a l i z e t h et r a j e c t o r yt r a c k i n go ft h em a n i p u l a t o ri nt h ec o n t a c tp r o c e s s,a n dm a i n t a i nc o n t a c tf o r c ew i t ht h ee n v i r o n m e n t.F i r s t l y,t h ew o r k i n gs p a c ew a sd i v i d e di n t ot w os u b s p a c e s,c o n t a c t f o r c ec o n-t r o l a n dp o s i t i o nc o n t r o lw e r e c a r r i e do u t r e s p e c t i v e l y.T h e np r o p o r t i o n a l-d i f f e r e n t i a l a n dc o n t a c t f o r c ef e e d f o r w a r dc o n t r o l sw e r eu s e d i n f o r c e c o n t r o l.Af a s t t e r m i n a l s l i d i n gm o d e c o n t r o lm e t h o dw i t h f i x e dt i m ec o n v e r g e n c ew a su s e d f o rp o s i t i o nc o n t r o l.F i n a l l y,t h ep o s i t i o nc o n t r o l a n dc o n t a c t f o r c ec o n t r o lo f t h ea e r i a lm a n i p u l a t o rs y s t e m w e r es i m u l a t e du n d e rw i n dd i s t u r b a n c e.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef a s t t e r m i n a l s l i d i n gm o d e c o n t r o lm e t h o dw i t hf i x e d t i m e c o n v e r g e n c e c a ne f f e c t i v e l ys u p p r e s s t h e i n-f l u e n c eo f e x t e r n a lw i n dd i s t u r b a n c e a n dr e a l i z e t h e s i m u l t a n e o u s c o n t r o l o f p o s i t i o na n dc o n t a c t f o r c e.K e yw o r d s:a e r i a lm a n i p u l a t o r;f o r c e a n dp o s i t i o nh y b r i dc o n t r o l;w i n dd i s t u r b a n c e;f a s t t e r m i n a l s l i d-i n gm o d ec o n t r o l 责任编辑 沈冬冬004