[发明专利]一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法

说明书

本发明提供了一种具有自适应能力的实现较高工业机器人轨迹跟踪品质的控制方法，非光滑控制与自适应控制结合，系统设计了自适应非光滑轨迹跟踪控制控制器结构，将非光滑与自适应控制部分有机结合，以提高工业机器人轨迹跟踪控制品质。该方法对参数不确定性具有在线自适应能力，同时对外部扰动等模型不确定部分具有更强的抑制能力。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法。

背景技术

由于工业机器人的参数不确定性及外部扰动会使得其轨迹跟踪误差的收敛速度变慢，同时导致收敛误差增大。因此，要实现工业机器人高品质的轨迹跟踪控制需要控制器对参数不确定性产生的影响进行在线补偿，同时控制器应该具有对外部扰动的自适应补偿及较强的抑止能力。

目前在工业机器人的高品质轨迹跟踪控制方面主要有以下几种方法：一是利用传统的自适应控制方法设计控制器，但是该类方法可以消除参数不确定性的影响，但在轨迹跟踪误差收敛速度及外部扰动的抑止方面性能有限；二是利用滑模变结构控制方法设计滑模控制器，这类方法可以使得系统状态在滑模面上对参数摄动和外干扰时具有不变性，且具有无需系统在线辨识参数、物理实现简单等优点。但在实际应用中存在抖振问题，因此工程应用方面存在较大困难。三是传统非光滑控制，由于非光滑控制器中带有分数幂项，使得闭环控制系统相比光滑闭环控制系统，具有更好的鲁棒性能、动态性能和抗扰动性能，但系统存在参数不确定性及外部扰动影响时，其性能会出现恶化。

因此，设计一种具有自适应能力的工业机器人非光滑轨迹跟踪控制方法，在工业机器人及高端制造装备领域中的应用实属必要。

发明内容

为了解决上述问题本发明提供了一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种工业机器人的自适应非光滑轨迹跟踪控制方法，控制器在每个控制周期完成如下步骤：

S1：由工业机器人的轨迹规划单元获取期望的轨迹信息，从工业机器人本体上的传感器获取当前各个关节的位置、速度及加速度信息，按下式计算得到e₁、e₂、z

φ(e₁)＝-K₁Sig(e₁)^α

z＝e₂-φ(e₁)

其中q表示关节位置，表示关节速度，q_d表示期望的轨迹的关节位置，表示期望的轨迹的关节速度，K₁为正定对角矩阵；

其中运算符号Sig(·)^α定义为：Sig(ξ)^α＝[|ξ₁|^αsign(ξ₁)…|ξ_n|^αsign(ξ_n)]^T，其中：ξ＝[ξ₁ … ξ_n]^T，sign(·)为符号函数：α为控制参数，0＜α＜1

S2：根据工业机器人系统的预设名义参数，由计算得到控制器的非光滑控制部分,其中表示φ(e₁)的导数；

其中M_o(q)为标称参数下的惯性矩阵、为哥氏力和向心力矩阵、G_o(q)为重力矢量，为期望的轨迹的关节加速度，K₂为正定对角矩阵；