[發(fā)明專利]面向約束的可重構(gòu)機械臂非奇異終端滑模力位置控制方法

有效

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• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN107045557B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 董博;武帥;劉克平;李元春
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/04;B25J9/22
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

面向約束的可重構(gòu)機械臂非奇異終端滑模力位置控制方法，屬于機器人控制方法及受約束系統(tǒng)控制方法領(lǐng)域，為了解決傳統(tǒng)終端滑模控制力位置控制方法中存在的跟蹤精度低、收斂速度慢、存在抖振的問題，在建立面向約束的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)動力學模型的基礎上，提出一種新穎的非奇異終端滑模函數(shù)，引入了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡來補償系統(tǒng)未知非線性項、關(guān)節(jié)之間耦合項和模型不確定項，并發(fā)明了非奇異終端滑模力位置控制方法，使得軌跡跟蹤誤差在有限時間內(nèi)收斂到零，同時控制器本身具有較強的魯棒性，使得控制器抖振效應得到有效抑制，并使控制信號在整個過程中變得光滑，而且保證了軌跡的跟蹤精度，實現(xiàn)高精度、微抖振的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)力位置控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向約束的可重構(gòu)機械臂非奇異終端滑模力位置控制方法，屬于機器人控制方法及受約束系統(tǒng)控制方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)

可重構(gòu)機械臂是一類由不同尺寸和功能特點的機器人模塊構(gòu)成的裝配組合，可以在不同的外部約束下，重構(gòu)成多種機械臂構(gòu)形來滿足不同任務的要求。和傳統(tǒng)的機械臂相比，可重構(gòu)機械臂由于其具有柔性結(jié)構(gòu)、成本低廉等優(yōu)勢，因此在航天制造、空間探索、醫(yī)療救援、商業(yè)服務等領(lǐng)域有很大的應用價值。

在實際應用中，面向約束的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)的力和位置都需要進行精確的控制。然而，在機械臂控制的整個過程中，控制器的抖振現(xiàn)象時有發(fā)生，究其原因，有很多因素會引起抖振效應，例如，傳統(tǒng)的滑模控制可以使控制器自身產(chǎn)生抖振效應；系統(tǒng)的不確定性(如摩擦、耦合)會引起控制器抖振；一些柔性因素(如傳動裝置柔性)也可能引起系統(tǒng)抖振；開關(guān)轉(zhuǎn)換動作引起的控制的不連續(xù)也是抖振效應產(chǎn)生的原因。遺憾的是，抖振效應不僅影響系統(tǒng)的控制精度，而且會增加能源消耗，破壞系統(tǒng)性能。

滑模控制作為一種行之有效的控制方法被廣泛應用于機械臂控制系統(tǒng)的設計當中。雖然已經(jīng)有很多人研究了基于線性滑模和終端滑模技術(shù)的機械臂控制方法，但是大多數(shù)方法旨在解決自由空間下機械臂系統(tǒng)的位置控制問題，而針對面向約束的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)力位置控制方法的研究十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)終端滑模控制力位置控制方法中存在的跟蹤精度低、收斂速度慢、存在抖振的問題，提出一種面向約束的可重構(gòu)機械臂非奇異終端滑模力位置控制方法。在建立面向約束的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)動力學模型的基礎上，提出一種新穎的非奇異終端滑模函數(shù)，引入了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡來補償系統(tǒng)未知非線性項、關(guān)節(jié)之間耦合項和模型不確定項，并發(fā)明了非奇異終端滑模力位置控制方法，使得軌跡跟蹤誤差在有限時間內(nèi)收斂到零，同時控制器本身具有較強的魯棒性，使得控制器抖振效應得到有效抑制，并使控制信號在整個過程中變得光滑，而且保證了軌跡的跟蹤精度，實現(xiàn)高精度、微抖振的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)力位置控制。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是：

面向約束的可重構(gòu)機械臂非奇異終端滑模力位置控制方法，其特征是，該方法包括如下步驟：

第一步，面向約束的可重構(gòu)機械臂系統(tǒng)動力學模型通過狀態(tài)空間表達式模塊進行解耦分離不確定性，每個子系統(tǒng)模塊可以表達成如下形式:

其中，角標“i”表示第“i”個子系統(tǒng)，x_i是子系統(tǒng)S_i的狀態(tài)向量，x_i1是子系統(tǒng)i的關(guān)節(jié)位移；以及代表x_i和x_i1對時間的導數(shù)，τ_i表示子系統(tǒng)i的輸出力矩，y_i是子系統(tǒng)S_i的輸出，將未知項模型不確定項g_i(θ_i)、耦合項以及θ定義如下；