[發(fā)明專利]協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111447376.3
• 申請(qǐng)日: 2021-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN114167725A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳華鋒;丁華鋒;劉文瑾;張心心;楊榮強(qiáng);曹甜東;賈偉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 荊楚理工學(xué)院
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 鄭勤振

本發(fā)明公開了一種協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法及系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：建立n自由度協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)空間動(dòng)力學(xué)模型并建立關(guān)節(jié)跟蹤誤差的表達(dá)式；建立滑模控制器的滑模面；推導(dǎo)出協(xié)作機(jī)器人的基于滑模控制的魯棒控制率；建立所需更新參數(shù)向量誤差的表達(dá)式；推導(dǎo)出基于滑模控制器的自適應(yīng)模糊控制率；建立外部負(fù)載觀測誤差的表達(dá)式；推導(dǎo)出基于外部負(fù)責(zé)觀測誤差的非線性狀態(tài)觀測器。本發(fā)明結(jié)合滑模控制器和非線性狀態(tài)觀測器建立帶外部干擾觀測器的自適應(yīng)模糊控制器，在不需要已知協(xié)作機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)和外部負(fù)責(zé)測量不精確的前提下，提高協(xié)作機(jī)器人的軌跡跟蹤控制精度。且由于本發(fā)明方法結(jié)合了滑模控制器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部擾動(dòng)的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制。

背景技術(shù)

協(xié)作機(jī)器人常用于需要與人或環(huán)境互動(dòng)的工作場景，在與人或環(huán)境互動(dòng)的過程中，需要對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行估計(jì)和精確控制。協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)具有強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變等特點(diǎn)，獲得其精確模型成本較高。實(shí)際工程應(yīng)用中，外部擾動(dòng)不可避免，因此也有必要提高協(xié)作機(jī)器人的外部擾動(dòng)補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法及系統(tǒng)，利用自適應(yīng)模糊控制方法，提高協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤精度以及對(duì)外部擾動(dòng)的抗干擾性能。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法，包括以下步驟：

建立n自由度協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)空間動(dòng)力學(xué)模型，建立關(guān)節(jié)跟蹤誤差的表達(dá)式；

根據(jù)關(guān)節(jié)跟蹤誤差表達(dá)式，建立滑模控制器的滑模面；

根據(jù)滑模面，結(jié)合協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)空間動(dòng)力學(xué)模型，得出協(xié)作機(jī)器人的基于滑模控制的魯棒控制率；

建立魯棒控制率需更新參數(shù)向量誤差的表達(dá)式；

根據(jù)更新參數(shù)向量誤差的表達(dá)式，得出基于滑模控制器的自適應(yīng)模糊控制率；

建立外部負(fù)載觀測誤差的表達(dá)式；

根據(jù)外部負(fù)載觀測誤差表達(dá)式，得出基于外部負(fù)載觀測誤差的非線性狀態(tài)觀測器；

結(jié)合魯棒控制率、自適應(yīng)模糊控制率和非線性狀態(tài)觀測器，得出協(xié)作機(jī)器人的帶外部干擾觀測器的自適應(yīng)模糊控制率；

將自適應(yīng)模糊控制率作為輸入力作用于機(jī)器人的各關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的軌跡跟蹤。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，包括：

處理器；

用于存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器；

其中，所述處理器被配置為執(zhí)行所述方法的全部或部分步驟。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第三方面，提供一種非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述方法的全部或部分步驟。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于協(xié)作機(jī)器人的基于自適應(yīng)模糊控制的軌跡跟蹤控制方法主要具有以下有益效果：

1)使用自適應(yīng)模糊控制方法，提高軌跡跟蹤精度，減小輸入抖振；

2)結(jié)合非線性觀測器方法，可以有效補(bǔ)償外部擾動(dòng)測量誤差。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于自適應(yīng)模糊控制的協(xié)作機(jī)器人軌跡跟蹤控制方法流程圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的2自由度機(jī)器人簡圖。

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的理想軌跡示意圖。