申请/专利权人：燕山大学;北京大学人民医院

申请日：2024-02-02

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN117921667A

主分类号：B25J9/16

分类号：B25J9/16

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.14#实质审查的生效;2024.04.26#公开

摘要：本发明提供一种基于高阶全驱系统方法的七自由度机械臂轨迹跟踪控制方法，其包括以下步骤：S1、确定七自由度机械臂系统模型，给定关节目标角位置、角速度和角加速度；S2、建立七自由度机械臂的动力学模型；S3、设计扩张状态观测器观测由模型参数不确定性和外界干扰形成的集总扰动；S4、将机械臂动力学模型转化为高阶全驱系统模型，将集总扰动补偿到控制器中并设计高阶全驱控制器；S5、进行模型搭建和仿真验证。本方法模型处理过程简单，控制器设计简单有效，结合参数化设计，参数求解过程数值稳定，并通过仿真验证证明了扩张状态观测器补偿的基于高阶全驱系统方法的轨迹跟踪控制方案，能够实现有限时域内稳定快速跟踪，具有较高工程价值。

主权项：1.一种基于高阶全驱系统方法的七自由度机械臂轨迹跟踪控制方法，其特征在于：其包括如下步骤：S1、确定七自由度机械臂的系统模型，给定机械臂的期望轨迹信息，期望轨迹信息包括机械臂各关节期望角位置的信息；S2、建立七自由度机械臂的动力学模型，确定标称部分以及集总扰动d；得到机械臂系统的集总扰动d的模型如下： 其中，ΔMq、和ΔGq分别对应动力学参数的不确定性部分；τd为待控制单元各个关节受到的外部扰动；S3、构建三阶扩张状态观测器并对建模不确定性和系统内外干扰进行估计，具体包括以下子步骤：S31、构建扩张状态观测器的二阶系统： 其中，x1为系统状态，x2为x1的导数，f为已知平滑函数，b为对控制输入有影响的平滑函数，u为控制输入，d表示集总扰动；S32、构建三阶扩张状态观测器：通过引入对集总扰动d的估计值将二阶系统扩展为状态x3构建三阶扩张状态观测器，定义且θ有界，将其自由度机械臂的状态空间形式描述如下： 构建三阶扩张状态观测器如下： 其中，x＝[x1x2x3x4x5x6x7]T表示状态向量，u＝[τ1τ2τ3τ4τ5τ6τ7]T表示控制输入，分别为状态x1、x2、x3的观测值，为观测器的状态观测误差，β1、β2、β3分别为观测器增益向量，由带宽决定并影响观测误差的收敛速度；M0、G0、C0分别为待控制单元的标称惯性矩阵、重力矩阵以及标称科氏力矩阵；S33、确定观测器增益如下： 其中，ω0为观测器带宽的正实数；S4、构建高阶全驱系统控制器，将三阶扩张状态观测器观测的集总扰动d的估计值补偿到控制器中；将七自由度机械臂的动力学模型转化为高阶全驱形式并得到自适应跟踪控制律，之后得到轨迹跟踪控制器并进行参数化设计；得到轨迹跟踪控制器具体包括以下子步骤：S41、将机械臂动力学模型转化为高阶全驱系统模型： S42、得到轨迹跟踪控制器为： S5、将轨迹跟踪控制器应用于七自由度机械臂，并进行仿真验证，实现关节角度的跟踪。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 燕山大学;北京大学人民医院 基于高阶全驱系统方法的七自由度机械臂轨迹跟踪控制方法

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