[發明專利]基于柔性執行器驅動的機器人串級抗干擾控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010069103.9
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111216131B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王會明;譚鑫;鮮娟;李清都
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

本發明公開了一種基于柔性執行器驅動的機器人串級抗干擾控制方法，所述機器人包括臂側位置控制器和電機側位置控制器，臂側位置控制器和電機側位置控制器以串級方式相連，所述控制方法包括：獲取臂側實際位置q；獲取電機側實際位置θ；根據所述臂側實際位置q與臂側參考位置q_r以及所述臂側位置控制器得到電機側參考位置θ_r；根據所述電機側參考位置θ_r與所述電機側實際位置θ以及所述電機側位置控制器得到電機側位置控制器的輸出電壓u；根據所述電機側位置控制器的輸出電壓u驅動所述機器人。本發明相比傳統的柔性執行器驅動的機器人控制方法，該控制方法算法簡單，結構容易實現，系統可以達到良好的動態性能和穩態性能。

技術領域

本發明涉及柔性執行器驅動的機器人控制領域，尤其是一種基于柔性執行器驅動的機器人串級抗干擾控制方法及系統。

背景技術

隨著機器人技術的迅猛發展，柔性執行器驅動的機器人受到了工業及航空航天領域的著重關注。柔性執行器驅動的機器人具有高負載、質量輕、功耗低等特點,但由于它結構的特殊性, 機械臂在運動中會發生變形和振動,這給柔性執行器驅動的機器人的定位和跟蹤控制帶來了很多的問題。從柔性執行器驅動的機器人的應用領域和范圍來看,其工作任務多樣化且工作環境隨工作任務而改變。因此，柔性執行器驅動的機器人不僅需要高精度的位置控制,還需要擁有對未知工作環境各類擾動的抗干擾能力。

傳統的柔性執行器驅動的機器人使用較為普遍且易于實現的PD控制方法。然而，實際的柔性執行器驅動的機器人系統是一個非線性系統。由于整個系統的動力學模型難以包含所有動力學因素，因此柔性執行器驅動的機器人的控制系統中存在大量未建模動態因素。為解決這個問題，有大量的研究人員提出了不同的控制策略。但這些控制方法并沒有合理地消除系統的不確定性和外部干擾的影響。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于柔性執行器驅動的機器人串級抗干擾控制方法及系統，用于解決現有技術中的至少一個缺陷。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于柔性執行器驅動的機器人串級抗干擾控制方法，所述機器人包括臂側位置控制器和電機側位置控制器，臂側位置控制器和電機側位置控制器以串級方式相連，所述控制方法包括：

獲取臂側實際位置q；

獲取電機側實際位置θ；

根據所述臂側實際位置q與臂側參考位置q_r以及所述臂側位置控制器得到電機側參考位置θ_r；

根據所述電機側參考位置θ_r與所述電機側實際位置θ以及所述電機側位置控制器得到電機側位置控制器的輸出電壓u；

根據所述電機側位置控制器的輸出電壓u驅動所述機器人。

可選地，臂側位置控制包括：臂側位置反饋控制和基于GPIO觀測器的干擾估計的前饋補償控制；所述臂側位置控制器的表達式為：

其中，k_q，k_d1為觀測系數；為臂側參考位置的一階微分；/為臂側實際位置的一階微分；/為臂側位置控制器的干擾的估計值。/

可選地，所述電機側位置控制包括：電機側位置反饋控制和基于GPIO觀測器的干擾估計的前饋補償控制；所述電機側位置控制器的表達式為：

其中，k_θ，k_d2為觀測系數；為電機側參考位置的一階微分，/為電機側實際位置的一階微分；/為電機側位置控制器的干擾的ζ₁估計值。

可選地，在臂側位置控制過程中，基于GPIO的觀測器的表達式為：