[發明專利]一種基于擴張狀態觀測器的多指靈巧手導納控制方法

在審

• 申請號: 202110754392.0
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113319856A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 戰強;田新揚
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于擴張狀態觀測器的多指靈巧手導納控制方法，其特征在于，所述多指靈巧手控制方法包括以下步驟：

步驟1：將靈巧手連桿動力學和摩擦部分視為干擾，在靈巧手自由運動狀態下，使用擴張狀態觀測器對干擾實時估計，進而建立靈巧手干擾模型查詢表，得出靈巧手自由狀態下不同速度和角度所對應的干擾力矩；

步驟2：對比靈巧手抓取物體時與自由運動時的干擾力矩差值，計算對應接觸力矩；

步驟3：通過導納控制器動態調節力和位置動態關系，實現靈巧手穩定抓取物體。

2.如權力要求1所述的基于擴張狀態觀測器的多指靈巧手導納控制方法，其特征在于：所述步驟A包括：

1.1建立直流有刷電機的電樞回路的電壓平衡方程，其表達式為：

其中，u_a和E分別為電樞電壓及反電動勢；L_a和R_a分別為電樞電路電阻及電感；I_a為電機電樞電流；C_e為反電動勢常數；w為電機角速度。

1.2建立直流電機轉矩平衡方程，其表達為為：

其中，J為電機軸轉動慣量；B為粘性摩擦系數；T_m和T_l分別；為電機電磁轉矩和負載轉矩。

1.3建立直流電機運動方程，其表達式為：

1.4忽略粘性摩擦系數B的影響，聯立式(1)～(3)可得到有刷直流電機的位置環穩態方程，其表達式為：

1.5令x₁＝θ，x₂＝ω，f₀(x₁,x₂)＝-(C_eC_m/JR_a)ω，f₁(x₁,x₂)＝-T/J，b＝C_m/JR_a，u＝u_a。其中，b為系統控制增益，與電機實際參數相關；u為電機電樞電壓；f₁(x₁,x₂)為系統未知部分。

則位置環的二階狀態方程可表示為：

令z_i,i＝1,2,,3,為系統狀態變量x的觀測值，則擴張狀態觀測器的表達式可設計為：

其中z₁跟蹤x₁，z₂跟蹤x₂，z₃跟蹤f；w₀為跟蹤器帶寬。

3.如權力要求1所述的基于擴張狀態觀測器的多指靈巧手導納控制方法，其特征在于：所述步驟2包括：

2.1將負載轉矩和內部摩擦等統一視為干擾轉矩，則當靈巧手抓取時干擾力矩觀測值為：

2.2當靈巧手全程不抓取物體時，可用同樣的方法觀測出僅由負載和內部摩擦引起的轉矩作為參考轉矩。通過記錄不同速度和位置下觀測出的建立轉矩二維查詢表。則抓取物體的接觸力可由下式得到：

其中，Terror為轉矩誤差閾值。