[发明专利]基于鲁棒自适应控制算法的书法及雕刻机器人控制方法

说明书

本发明公开了一种基于鲁棒自适应控制算法的书法及雕刻机器人控制方法，包括：步骤1：建立三自由度书法及雕刻机器人的动力学模型，根据动力学方程估算各关节的惯性力矩项H、向心力和哥氏力矩项C、重力矩项G，最后得出各关节的力矩估算公式，步骤2：设计鲁棒自适应控制器；步骤3：将控制器U计算出的指令发送给三自由度书法及雕刻机器人的关节执行器，控制机器人输出跟踪理想的轨迹。本发明基于鲁棒自适应控制算法的书法及雕刻机器人控制方法，能够在有未知执行器故障且具有未知外界干扰的情况下，保证机器人的输出跟踪理想轨迹，跟踪误差能快速收敛到理想范围内，控制精度高，且能保证机器人任意误差的瞬态性能。

技术领域

本发明涉及工业机器人控制技术领域，特别涉及一种书法及雕刻机器人的控制方法。

背景技术

书法及雕刻机器人不仅广泛应用于科普展览，在工业领域也是独树一帜。为了提高书法雕刻机器人作业能力和应用范围，对其控制精度的要求越来越高，需要书法，雕刻机器人控制器具有很高的轨迹跟踪能力。

由于微雕机器人是多输入多输出非线性系统，属于非完整性运动控制范畴，具有强耦合、时变及非线性的动力学特性。轨迹跟踪控制是工业机器人控制中的一个重要内容。机器人轨迹跟踪控制是指通过给定各关节的驱动力矩，使机器人的位置、速度等状态变量跟踪给定的理想轨迹，对于整个轨迹来说，都需要严格控制。因此，轨迹跟踪控制是十分复杂与困难，但也是工业生产中应用最为广泛的控制方式。研究机器人轨迹跟踪控制以及提高轨迹跟踪控制的精度对机器人技术有着重要的意义。

目前广泛应用于工业机器人的控制器是传统PID控制器，当遇到未知执行器故障时，会耽误工时或者造成安全事故，而且传统的PID控制也无法保证瞬态性能。(PrescribedPerformance Bound，PPB)技术是指过渡过程中的跟踪误差收敛到预先设定的小范围内，同时收敛速度不小于一个预先设定的值，最大超调量小于设定的一个小常数，因此该技术能够保证系统的瞬态性能，但是使用该算法要满足初始误差在给定误差范围内，不能保证任意误差的瞬态性能。有文献提出使用监督控制器收敛误差到给定范围，然后启用PPB控制算法保证整个误差范围的瞬态性能，但是在两个控制器切换部分并没有做任何处理，并不能保证整个控制过程中控制器的连续性以及稳定性。在微雕机器人领域中，不仅要求较高的瞬态性能，还要求有对未知外部干扰以及意外执行器故障的鲁棒性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于鲁棒自适应控制算法的书法及雕刻机器人控制方法，以保证在有未知执行器故障且具有未知外界干扰的情况下的机器人控制精度和瞬态性能。

本发明基于鲁棒自适应控制算法的书法及雕刻机器人控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立三自由度书法及雕刻机器人的动力学模型，根据动力学方程估算各关节的惯性力矩项H、向心力和哥氏力矩项C、重力矩项G，最后得出各关节的力矩估算公式：

其中

G₂＝m₁l₁c₂+m₂l₁c₂+m₂l₂c₂₃，G₃＝m₂l₂c₂₃，