[发明专利]一种双边托举机器人系统高精度抗干扰连续滑模控制方法

说明书

本发明公开一种双边托举机器人系统高精度抗干扰连续滑模控制方法，步骤是：获得机器人的角位置和角速度的信息，获取近端和远端接触力；建立多源干扰环境下的主从机器人系统机电模型，建立接触力与接触形变之间的动态模型；建立位置跟踪误差和接触力跟踪误差在多源干扰环境下的动态方程；将多源干扰的影响抽象为系统集总干扰，针对该集总干扰设计干扰观测器实现对集总干扰的渐近高精度估计；基于连续滑模控制方法设计复合连续滑模控制器；经过非线性变换转化为系统真实控制量。此种方法可降低多源干扰环境对双边托举机器人系统控制精度的影响，增强双边系统的环境适应能力，大大提高双边系统的位置控制精度和环境感知能力。

技术领域

本发明属于机器人系统高精度双边控制技术领域，涉及一种双边托举机器人系统高精度抗干扰连续滑模控制方法，具体为基于干扰观测器技术、连续滑模控制算法以及复合主动抗干扰理念的一种双边托举机器人系统复合高精度抗干扰控制方法。

背景技术

双边机器人系统因其能将人的操作能力和触感延伸到远端，而被广泛地应用于处理人类无法直接接触地一些任务，如外太空探索，深海探测，核废料处理以及放射性物质管理等，除此之外双边机器人系统也广泛地应用于需要精确操作但人类无法直接到达的应用场合，如微创手术、远程手术、微纳操作等。双边机器人系统通常包含5个部分：操作者、主机器人、从机器人、外部环境以及通信通道。为了实现远端位置重构和近端接触力感知，双边系统需要保证从机器人与主机器人时刻拥有相同的位置，主机器人对操作者的反作用力和环境对从机器人的作用力时刻一致，即远程位置复现和近端接触力重构。

本发明涉及到的双边托举机器人系统的主要功能是实现近端机器人位置在远端复现(或以一定的比例放大或缩小)和远端机器人与环境的接触力在近端以反作用力的形式通过近端机器人作用到操作者上，让其感触的远端接触力大小(或成比例放大或缩小的接触力)。双边托举机器人系统因其能够同时实现近端操作力的精准缩放和远端位移的精准重构，广泛应用于控制精度要求较高的物体托举任务中，如医护工作者对病人的柔性托举，复杂环境下精密仪器的安全托举等。

由于控制任务较为复杂且控制精度要求较高，双边托举机器人系统在控制器设计过程中具有以下设计难点：接触力控制和位置控制两大任务相互耦合、系统中存在大量非线性未建模动态、受到诸如摩擦等外界干扰的严重影响。针对上述多源干扰的影响，现存双边系统控制最为成功的方法为基于线性标称模型的复合控制器：首先将主从机器人标称模型选为线性模型，而后将系统中的模型失配和其他多源干扰的影响视为集总干扰，并针对集总干扰设计线性干扰观测器，最后基于观测器的干扰估计值和系统标称线性模型进行双边控制器设计。该方法因其具有较强的抗干扰能力而广泛应用于双边系统中。然而当双边系统中存在较强非线性时，上述控制方法因标称模型与真实模型差别较大导致系统中存在很严重的干扰，对干扰观测和控制带来极大挑战，最终导致高精度控制任务难以实现。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种双边托举机器人系统高精度抗干扰连续滑模控制方法，其可降低多源干扰环境对双边托举机器人系统控制精度的影响，增强双边系统的环境适应能力，大大提高双边系统的位置控制精度和环境感知能力。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种双边托举机器人系统高精度抗干扰连续滑模控制方法，包括如下步骤：

步骤1，获得机器人的角位置q_m,q_s和角速度的信息，获取近端接触力f_h和远端接触力f_e；

步骤2，建立多源干扰环境下的主从机器人系统机电模型，针对主从机器人末端与操作者或环境接触点进行分析，建立接触力与接触形变之间的动态模型；