[發明專利]一種在輸出受限和輸入時滯下基于隨機系統的單連桿機械手模糊控制算法

有效

• 申請號: 202011167915.3
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112338914B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 王迎春;張佳鑫;楊珺;鄭煜;仇小潔;李海峰;柴琦;姚禹池;朱保鵬
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06F17/18
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 孫奇

本發明公開了一種在輸出受限和輸入時滯下基于隨機系統的單連桿機械手模糊控制算法，由模糊自適應控制器、視覺傳感器、機械臂控制電樞和末端靈巧手組成。本發明通過利用模糊邏輯系統，對存在隨機擾動和高度非線性的機械手系統模型設計模糊自適應控制器并設計了相對應的自適應算法，使其在遭受進行網絡控制時的控制器輸入延時和輸出信號受限以及各種轉矩隨機擾動的情況下能夠依然精確地跟蹤參考信號，操作目標。

技術領域

本發明屬于機械手結構和控制技術領域，具體涉及一種在輸出受限和輸入時滯下基于隨機系統的單連桿機械手模糊控制算法。

背景技術

現如今，科技發展如此迅速，機器人技術慢慢涌現，以其應用范圍廣、靈活度高以及可在極限環境下工作等特點，成為了人類社會進步和發展不可或缺的一項技術領域之一。在相關技術中，機械手被廣泛應用在機械制造、航空航天、醫藥、原子能等領域，對自動化生產起到了至關重要的作用。在機械手的受力運動中，與外界環境進行交互作用，通過發生接觸來完成指定工作任務，比如打磨、鉆孔、拋光、抓取等。在受力運動中，機械手通過視覺傳感器對目標位置進行采集，然后控制器發出命令來驅動機械臂電樞，驅使機械手運動，靈巧手對目標進行作業。通過利用柔順控制的特點，使機械手在精度和力度都符合實際操作需求，極大地拓寬了機械手的應用范圍和安全性。

盡管機械手的應用性廣、安全性高，但在通過機器人系統的控制臺對機械手進行網絡控制時由于網絡通訊的特點難免會出現控制器方面的輸入延時，使控制器的命令無法及時到達執行機構，導致目標未被及時操作處理。同時，機械手末端由于操作對象的不同特點，會導致執行靈巧手的時候遭受不同的運動區域限制，使得控制器的控制性能嚴重受到影響，因此使得機械手系統在運行的過程中極易出現不穩定甚至系統難以按照計劃運行導致整個系統崩潰。

在現有的控制算法中，針對機械手的基于反步法的模糊控制器設計過程，往往假設前一個狀態的虛擬控制符號是已知的，這種假設大大局限了該控制器的應用性。同時，在對外界擾動進行描述的時候，往往認為是來自確定性的擾動，而實際在運作過程中，不同的機械手或者不同的操作環境所受到的隨機轉矩擾動是不同的，因此我們可以認為，整個系統建模應該在隨機系統的框架下才符合實際工程意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種以隨機系統為基礎設計的模糊控制器，通過引入Pade逼近技術和非線性變換來解決機器人系統控制臺輸入延時和輸出受限的問題，并設計自適應算法，結合設計的模糊控制器，解決了在機械手系統遭受輸入延時輸出受限以及伴隨隨機轉矩擾動的情況下，能夠自調節，從而提高控制精度和生產效率。

本發明的技術方案是：

一種在輸出受限和輸入時滯下基于隨機系統的單連桿機械手模糊控制算法，由模糊自適應控制器、視覺傳感器、機械臂控制電樞和末端靈巧手實現。

模糊控制算法由模糊控制器和自適應算法構建而成；

模糊控制算法基于下述隨機不確定非嚴格反饋(Stochastic Uncertain Non-strict feedback)數學模型，可表示為：

Y(t)＝X₁(t)

其中的f_i(X)表示的是系統中未知的非線性函數，X為X₁到X_n的向量集合，也就是機器人機械手系統的各階狀態，這里表示的是未知的控制增益，符號是未知的；u與Y(t)是系統的輸入與輸出且-k_c＜Y(t)＜k_c，其中k_c表示系統的輸出所遭受到的約束條件，τ是機械手系統該控制信號的輸入延遲；是隨機擾動，ω是一個獨立的標準的定義在全概率空間上的布朗運動因子。