[發明專利]一種應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202010945143.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN111958606A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 孫振興;楊俊;王珒;楊明星;董浩;繆琪卿
• 申請（專利權）人: 浙江協力機器人技術有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 金龍

1.一種應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用歐拉-拉格朗日方程建立機械臂動態學方程；

步驟二：構建機械臂動態學方程對應的擾動方程，將所述擾動方程進行坐標變換；

步驟三：將變換后的擾動方程以狀態方程的形式構建；

步驟四：根據步驟三中狀態方程設計高增益觀測器；

步驟五：依據狀態和擾動的觀測值，構建分布式魯棒輸出反饋控制器。

2.根據權利要求1所述的一種應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法，其特征在于，步驟一中，建立機械臂動態學方程的方法如下：

假設一個n連桿剛性機械臂，利用歐拉-拉格朗日函數表示其動態學方程：

式中，θ為關節位置向量，θ＝[θ₁(t),…,θ_n(t)]^T∈Rⁿ；為速度向量，為加速度向量，G(θ)為重力矢量，G(θ)∈Rⁿ；為離心力和科氏力矢量，M(θ)為慣性矩陣，M(θ)＝M^T(θ)∈R^n×n；u為輸入扭矩矢量，u＝[u₁,…,u_n∈Rⁿ]；D(t)為系統擾動，D(t)＝[d₁(t),…,d_n(t)]^T∈Rⁿ；M(θ)為正定矩陣，任意兩個常量μ₂μ₁0,存在μ₁I≤M(θ)≤μ₂I；當常量μ₃0時，矩陣滿足當常量μ₄0時，重力矩G(θ)滿足||G(θ)||₂≤μ₄；對任意的t≥0,時變矩陣是斜對稱的，θ:[0,∞]→Rⁿ。

3.根據權利要求2所述的一種應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法，其特征在于，對于兩關節機械臂，采用拉格朗日-歐拉公式得到的動態學方程如下：

其中：

式中，θ_x1為第一關節的位置，θ_y1為第二關節的位置；θ_x2為第一關節位置的一階導數，θ_y2為第二關節位置的一階導數，m₁和m₂分別是兩段機械臂的質量，l₁和l₂分別是兩段機械臂的長度，d_x(t)、d_y(t)代表機械臂的集總擾動，g代表重力；

式(2)動態學方程可寫成：

其中：

利用下列坐標變化：

其中和是期望的位置軌跡,并且

通過坐標變換，將兩關節動態學方程轉變為：

其中和

z_x1＝e_x1,z_y1＝e_y1,δ1是一個要確定的正比例系數,式(5)等效于以下系統：

上式(6)寫成狀態空間形式：

其中C＝[1 0],和

4.根據權利要求1所述的一種應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法，其特征在于，步驟二中，所述機械臂動態學方程對應的擾動方程為：

通過將d_x(t)和d_y(t)擴展為一個新的狀態變量，即和式(7)狀態空間方程擴展為以下形式：

5.根據權利要求1-4任一所述應用于多自由度機械臂的分布式魯棒跟蹤控制方法，其特征在于，步驟三中，狀態方程的建立方法如下：

將式(8)改寫為狀態空間形式：

其中和