[發明專利]并聯機器人結合魯棒精確微分器有限時間收斂滑模控制方法

有效

• 申請號: 202010056924.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111168682B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 高國琴;葉夢陽
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了輸送用并聯機器人結合魯棒精確微分器有限時間收斂滑模控制方法。針對該輸送用并聯機器人進行運動學分析并給出期望運動軌跡；采用時延估計技術實時在線獲取包含輸送用并聯機器人未知動力學、外界干擾和摩擦等不確定因素的動力學模型；針對時延估計技術產生的時延估計誤差，設計一種輸送用并聯機器人系統的有限時間收斂魯棒精確微分器進行觀測；進一步，基于時延估計誤差觀測值的前饋補償作用，設計一種有限時間收斂滑模控制器。通過軟件編程，實現該輸送用并聯機器人結合魯棒精確微分器前饋補償技術的有限時間收斂滑模控制。本發明對滑模控制抖振有顯著的抑制效果，且滑模變量及其導數均有限時間收斂至原點，從而提高運動跟蹤精度。

技術領域

本發明涉及一種輸送用并聯機器人，尤其涉及一種輸送用并聯機器人無模型結合魯棒精確微分器有限時間收斂滑模控制方法。

背景技術

為滿足汽車涂裝輸送設備的工程應用需求，基于并聯機構研制了一種輸送用并聯機器人，以克服現有采用懸臂梁串聯結構的汽車電泳涂裝輸送設備承載能力不足、柔性化水平低的結構缺陷。該輸送用并聯機器人具有承載能力強、車型適用性廣、定位精度高、末端構件運動慣量小、無累積誤差且響應速度快等諸多優點。然而，輸送用并聯機器人的多支路閉鏈結構特點和各關節間的耦合關系也使其成為一種典型的多輸入多輸出、強耦合的復雜非線性系統。這類實際系統難以建立精確動力學模型，且實際運行時存在外界干擾、摩擦等不確定因素，使其運動控制問題成為控制研究領域的難點，而且直接關乎輸送用并聯機器人運行的穩定性和電泳涂裝質量。

文獻《柔順關節并聯機器人動力學建模與控制研究》(天浩等，農業機械學報第45卷， 2014年5期，第278-283頁)針對柔順關節并聯機器人采用拉格朗日法建立動力學模型，并設計了趨近律滑模控制器抑制系統不確定因素。該方法存在兩個不足：(1)該控制方法要首先建立并聯機器人的動力學模型，計算量大；(2)趨近律滑模控制的控制律存在不連續的符號函數，導致滑模控制抖振。

文獻《混聯式汽車電泳涂裝輸送機構的時延估計自適應滑模控制》(高國琴等，汽車工程第40卷，2018年12期，第1405-1412頁)針對混聯式汽車電泳涂裝輸送機構，設計了一種時延估計自適應滑模控制方法。該方法存在如下不足：(1)該控制方法直接采用滑模控制克服時延估計誤差等不確定因素的影響，導致所需控制量大，且大的切換增益易加劇滑模控制抖振；(2)該控制方法引入自適應規則調整控制切換增益，但由于得到的滑模控制律仍然不連續，因此對滑模控制抖振的抑制能力有限，且自適應參數在實際應用時不易調整。(3)該控制方法屬于一階滑模控制，僅能保證滑模變量的收斂性。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明針對輸送用并聯機器人，建立時延估計動力學模型，提出一種結合魯棒精確微分器前饋補償技術的有限時間收斂滑模控制方法。該控制方法在無需系統動力學模型和不確定信息的前提下，首先設計輸送用并聯機器人系統的魯棒精確微分器對時延估計誤差進行有限時間精確觀測并前饋補償，然后設計輸送用并聯機器人系統的有限時間收斂光滑二階滑模控制律，不僅能顯著削弱滑模控制抖振，而且使得滑模變量及其導數均有限時間收斂至原點，有效提高輸送用并聯機器人控制系統的魯棒性，利于實現其高精度軌跡跟蹤控制。

本發明的技術方案為：一種輸送用并聯機器人無模型結合魯棒精確微分器前饋補償技術的有限時間收斂滑模控制方法，包括如下步驟：

1)以輸送用并聯機器人為被控對象，采用解析法對輸送用并聯機器人進行運動學逆解分析，進一步求得其運動學正解和雅克比矩陣；

2)根據汽車電泳涂裝工藝要求，設計輸送用并聯機器人連接桿中點的期望運動軌跡，并結合運動學逆解求得主動關節的期望運動軌跡；

3)采用時延估計技術實時在線獲取輸送用并聯機器人包含未知動力學、外界干擾和摩擦等不確定因素的動力學模型；

4)針對步驟3)中時延估計技術產生的時延估計誤差，設計一種輸送用并聯機器人系統的魯棒精確微分器在有限時間內對其進行觀測；