[發明專利]一種基于滑?？刂坪湍：惴ǖ膮f作機器人軌跡跟蹤方法

在審

• 申請號: 202210195338.1
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114265318A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 陶永;蘭江波;高赫;劉海濤;韓棟明;萬嘉昊;段練
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 陳俊由

本發明提供一種基于滑?？刂坪湍：惴ǖ膮f作機器人軌跡跟蹤方法。本方法使用拉格朗日定理建立協作機器人初始動力學模型，引入未建模誤差項得到協作機器人動力學模型，設置滑模控制的滑動面函數，根據協作機器人動力學模型，計算關節力矩表達式，將協作機器人運動系統的狀態向量限制在滑動面內，設置切換函數，引入模糊算法，由模糊計算的輸出項得到切換函數系數，更新機器人軌跡跟蹤控制方程。解決了現有方法中由于滑模控制系統的切換滯后產生的抖振抑制效果差和軌跡收斂速度慢的問題，具備系統穩定性高，跟蹤效果好的優點。

技術領域

本發明屬于機器人控制領域，具體涉及一種基于滑?？刂坪湍：惴ǖ膮f作機器人軌跡跟蹤方法。

背景技術

協作機器人作為智能制造過程中的生產輔助工具，由于其體積小，靈活度高等優點，已經廣泛應用于機床上下料，零件打磨、噴涂和分揀等場景。滑模控制也稱為變結構控制，是一種非線性控制方法，表現為控制的不連續性。由于其良好的非線性控制性能，已廣泛應用于機器人軌跡跟蹤控制，四軸飛行器控制系統，外科手術機器人控制，下肢外骨骼，以及電網系統等研究領域。由于滑模控制的一個顯著特征是系統在運行過程中進行頻繁切換，而系統存在一定的慣性，這使得滑?？刂葡到y的切換必然出現滯后現象，產生抖振。在實際應用場景中，對于任務軌跡復雜，具有不確定擾動的協作機器人系統，其自適應能力和魯棒性很難得到保證，對其動態控制是一項亟待優化的任務。

為了保證具有擾動的協作機器人系統的精確穩定控制，需要設計具有自適應能力和魯棒性的新型智能控制策略。其中最大的困難在于找到一種既能準確描述協作機器人系統，又具有較強的實時計算能力并應用到控制算法中的復雜耦合非線性動力學模型的解。為了減弱抖振現象，研究人員提出終端滑?？刂?、積分滑模控制和基于干擾觀測器的自適應滑?？刂?，但是終端滑模控制和積分滑?？刂频氖褂眯枰獜碗s數學運算，增大了控制系統的計算負擔，在現實應用中的實時性無法得到保證；而觀測器估計誤差在收斂過程中，其控制器的性能也受到一定程度限制，目前仍然存在抖振抑制效果差和軌跡收斂速度慢的問題。

發明內容

為解決現有技術存在的，協作機器人軌跡跟蹤控制系統抖振抑制效果差和軌跡收斂速度慢的問題，本發明提供一種基于滑?？刂坪湍：惴ǖ膮f作機器人軌跡跟蹤方法，包括：

S1：根據拉格朗日定理，設置方程參數，建立協作機器人初始動力學模型；

S2：在初始動力學模型中引入未建模誤差項，得到協作機器人動力學模型；

S3：計算關節角誤差和誤差變化率，利用關節角誤差和誤差變化率設置滑?？刂频幕瑒用婧瘮担?/p>

S4：根據協作機器人動力學模型，計算關節力矩表達式，將協作機器人運動系統的狀態向量限制在滑動面內；

S5：根據關節力矩表達式，設置切換函數；

S6：引入模糊算法，將切換函數中的參數設置為模糊算法輸出項，輸出項為切換函數的開關頻率，利用模糊算法調整滑?？刂破鞯内吔俾屎驮谇袚Q面兩邊的切換頻率；

S7：由模糊算法的輸出項得到切換函數系數，更新機器人軌跡跟蹤控制方程。

優選地，所述滑?？刂坪湍：惴ǖ慕Y合為，利用模糊規則對切換函數進行設計。

優選地，所述模糊規則的選擇可依據不同應用場景下的實際情況來決定。

優選地，所述切換函數為，用于補償由于干擾引起的誤差的自適應項：

其中，，是機器人軌跡跟蹤過程中產生抖振的根本原因。，為描述機器人質量特性的正定矩陣，K為6*6的正常數對角矩陣，其中對角元素為k1，k2…k6，具體參數的確定，是由模糊控制器進行計算；s為滑動面函數，sgn（）為符號函數，當（）內部為正時，結果取正，為負時，結果取負，為0時，結果取0。

優選地，所述模糊算法采用乘積推理機、單值模擬器和中心平均解模糊器設計模糊系統，滑模切換增益的參數輸出可表示為：