[發明專利]一種并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制方法

有效

• 申請號: 201910202854.0
• 申請日: 2019-03-19
• 公開（公告）號: CN110053044B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 高國琴;楊純
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B07C5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)以并聯機器人夾持機構為被控對象，采用解析法對并聯機器人夾持機構進行運動學分析，求得主動關節絲杠轉動的角度與夾持機構夾指的位置轉換關系；

2)采用時延估計技術實時在線獲取并聯機器人夾持機構的動力學模型；

3)基于步驟2)中利用時延估計技術獲取的動力學模型，設計一種基于時延估計動力學模型的并聯機器人夾持機構光滑滑模控制器；

4)針對步驟3)基于時延估計動力學模型的并聯機器人夾持機構光滑滑模控制慣性增益設計一種自適應律；

5)基于步驟2)、步驟3)和步驟4)構成無模型自適應光滑滑模控制器；

6)將并聯機器人夾持機構夾取串類水果系統等效為阻抗-導納模型，使夾指力/位控制等效為期望的慣量-阻尼-剛度模型，通過選擇阻抗控制參數以達到期望的目標阻抗，設計一種阻抗控制器；

7)基于步驟5)和步驟6)構成無模型自適應光滑滑模阻抗控制；

8)通過軟件編程，實現分揀并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制；

所述步驟1)中，采用解析法對并聯機器人夾持機構進行運動學分析，求得主動關節絲杠轉動的角度與夾持機構夾指的位置轉換關系的計算過程為：

式中，p_s為絲杠導程；θ為主動關節絲杠轉動的角度；l₁為從動桿的長度；e為滑塊的結構長度；x為夾持機構夾指在X軸方向的位置；d₀為滑塊距離坐標原點初始位置；l₃為夾指距離滑座在Y軸方向結構長度；l₅為夾指距離滑座在X軸方向結構長度；

所述步驟2)中，采用時延估計技術在線獲取的系統的動力學模型為：

式中，q為并聯機器人夾持機構夾指的位姿，分別為并聯機器人夾持機構夾指的速度和加速度；τ為控制力矩；為控制器慣性增益；M(q)為對稱正定的慣性矩陣；為哥氏力和離心力項；G(q)為重力項；為摩擦力項；τ_d為外界干擾項；

所述步驟3)中，所設計的基于時延估計動力學模型的并聯機器人夾持機構的光滑滑模控制滑動變量為：

設計基于時延估計動力學模型的并聯機器人夾持機構光滑滑模控制器為：

式中，λ為可調參數并滿足霍爾伍茲穩定條件；e(t)為并聯機器人夾持機構夾指的位姿誤差，單位為m；L為估計延遲時間，單位為s；為L時刻前的并聯機器人夾持機構夾指的加速度，單位為m/s²；為并聯機器人夾持機構夾指的期望加速度，單位為m/s²；τ(t-L)為L時刻前的控制力矩，單位為N.m；K(t)為切換增益，表示系統的運動點趨近切換面S＝0的速率；S(t)為一個連續函數；

所述步驟4)中，所設計的基于時延估計動力學模型的并聯機器人夾持機構光滑滑模控制慣性增益的自適應律為：

式中，為控制器慣性增益的導數；α為可調的正增益；σ、ω為正的可調參數；S為滑膜變量，γ是大于1的變量，β是大于0的變量。

2.根據權利要求1所述的一種并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：所述步驟5)中，所構成無模型自適應光滑滑模控制器為：

3.根據權利要求1所述的一種并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：所述步驟6)中期望的目標阻抗如下：

式中，m_d為目標慣量、b_d為目標剛度、k_d為目標阻尼；x、和分別為夾持機構夾指的實際位移，單位為m、速度，單位為m/s和加速度，單位為m/s²；x_d、和分別為夾持機構夾指的期望位移，單位為m、速度，單位為m/s和加速度，單位為m/s²；f_r為夾持機構夾指施加給水果的期望接觸力，單位為N；f_e為壓力傳感器實際采集接觸力，單位為N。

4.根據權利要求1所述的一種并聯機器人串類水果夾取無模型自適應光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：還包括，設計自適應規則是滑動變量S與控制器慣性增益的函數，當滑動變量遠離滑模面時，α|S|^γ項變大，控制器慣性增益變大；當滑動變量靠近滑模面時，α|S|^γ項變小，項變大，控制器慣性增益變小。