[发明专利]一种含有未知参数的主从机械臂系统的同步控制方法

说明书

本发明公布了一种含有未知参数的主从机械臂系统的同步控制方法，包括步骤1：分析含有未知参数的主从机械臂系统的结构；步骤2：建立主从机械臂系统的误差状态模型；步骤3：设计一种控制器，实现主从机械臂系统的同步控制。本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明涉及的是两个机械臂系统，实现的是主从机械臂的同步控制，更具有应用价值；(2)考虑到了系统参数的不确定性以及有界的外部扰动，更切合实际，具有一般性。

技术领域

本发明属于智能控制领域，特别涉及一种含有未知参数的主从机械臂系统的同步控制方法。

背景技术

机器人系统医学，工业，航天等领域受到密切关注，并得到广泛应用，目前已有很多研究成果。这里的机器人控制绝大多是可以归于机械臂系统的跟踪控制，即需要机械臂到达给定的目标位置。在工程实践中，单机械臂系统已经无法满足如今工程的实际需要了，现在大多项目需要两个机械臂同步进行，即例如遥操作系统用，人在操纵主机械臂，从机械臂则做出对应的动作，这就可以使得人不去直接接触危险的工作劳作，这就增加了安全性以及有效性；而且实际条件下，机械臂的各个参数由于磨损或设备老化导致会有未知参数，这就需要一种能对含有未知参数的主从机械臂进行同步控制的策略。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种含有未知参数的主从机械臂系统的同步控制方法。

本发明的技术方案为：一种含有未知参数的主从机械臂系统的同步控制方法，其特征在于：包括

步骤1：分析含有未知参数的主从机械臂系统的结构；

步骤2：建立主从机械臂系统的误差状态模型；

步骤3：设计一种控制器，实现主从机械臂系统的同步控制。

更进一步的，所述步骤1中的主从机械臂系统的结构，用拉格朗日动力学模型表述为：其中，q，是广义关节位置和速度矢量；M(q)∈R^n×n是对称、有界正定惯性矩阵；表示向心力矩和哥氏力矩矢量；ω是误差扰动，且上确界已知；τ∈Rⁿ是应用关节矩矢量。

更进一步的，所述主从机械臂系统满足三个特性，所述三个特性分别为：

特性1：对任意q，惯性矩阵M(q)都是一个对称的正定矩阵；

特性2：矩阵函数对于任意的q,都是斜对称的。即对任意向量ξ都有

特性3：存在一个依赖于机械手参数的参数向量，使得满足线性关系：

其中，为已知关节变量函数的回归矩阵，它是机器人广义坐标及各阶导数的已知函数矩阵，P∈Rⁿ是描述机器人质量特性的未知定常参数向量。

更进一步的，所述步骤2中的建立主从机械臂系统的误差状态模型，包括如下步骤：

步骤(1)：建立主机械臂系统模型：

步骤(2)：建立从机械臂系统模型：

步骤(3)：基于步骤(1)和步骤(2)建立误差状态模型：令e(t)＝q_s(t)-q_m(t)得到

更进一步的，所述步骤3中设计控制器的步骤为：

步骤a：定义其中标量r＞0；

步骤b：定义

步骤c：得到控制器可实现同步控制；

其中，为根据特性3得到的线性化模型，

d_i＞0,i＝1,2,3，sgn(·)为符号函数。

其中