[发明专利]一种并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法

权利要求书

1.一种并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以并联机器人夹持机构为被控对象，采用解析法对并联机器人夹持机构进行运动学分析，求得主动关节丝杠转动的角度与夹持机构夹指的位置转换关系；

2)采用时延估计技术实时在线获取并联机器人夹持机构的动力学模型；

3)基于步骤2)中利用时延估计技术获取的动力学模型，设计一种基于时延估计动力学模型的并联机器人夹持机构光滑滑模控制器；

4)针对步骤3)基于时延估计动力学模型的并联机器人夹持机构光滑滑模控制惯性增益设计一种自适应律；

5)基于步骤2)、步骤3)和步骤4)构成无模型自适应光滑滑模控制器；

6)将并联机器人夹持机构夹取串类水果系统等效为阻抗-导纳模型，使夹指力/位控制等效为期望的惯量-阻尼-刚度模型，通过选择阻抗控制参数以达到期望的目标阻抗，设计一种阻抗控制器；

7)基于步骤5)和步骤6)构成无模型自适应光滑滑模阻抗控制；

8)通过软件编程，实现分拣并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制；

所述步骤1)中，采用解析法对并联机器人夹持机构进行运动学分析，求得主动关节丝杠转动的角度与夹持机构夹指的位置转换关系的计算过程为：

式中，p_s为丝杠导程；θ为主动关节丝杠转动的角度；l₁为从动杆的长度；e为滑块的结构长度；x为夹持机构夹指在X轴方向的位置；d₀为滑块距离坐标原点初始位置；l₃为夹指距离滑座在Y轴方向结构长度；l₅为夹指距离滑座在X轴方向结构长度；

所述步骤2)中，采用时延估计技术在线获取的系统的动力学模型为：

式中，q为并联机器人夹持机构夹指的位姿，分别为并联机器人夹持机构夹指的速度和加速度；τ为控制力矩；为控制器惯性增益；M(q)为对称正定的惯性矩阵；为哥氏力和离心力项；G(q)为重力项；为摩擦力项；τ_d为外界干扰项；

所述步骤3)中，所设计的基于时延估计动力学模型的并联机器人夹持机构的光滑滑模控制滑动变量为：

设计基于时延估计动力学模型的并联机器人夹持机构光滑滑模控制器为：

式中，λ为可调参数并满足霍尔伍兹稳定条件；e(t)为并联机器人夹持机构夹指的位姿误差，单位为m；L为估计延迟时间，单位为s；为L时刻前的并联机器人夹持机构夹指的加速度，单位为m/s²；为并联机器人夹持机构夹指的期望加速度，单位为m/s²；τ(t-L)为L时刻前的控制力矩，单位为N.m；K(t)为切换增益，表示系统的运动点趋近切换面S＝0的速率；S(t)为一个连续函数；

所述步骤4)中，所设计的基于时延估计动力学模型的并联机器人夹持机构光滑滑模控制惯性增益的自适应律为：

式中，为控制器惯性增益的导数；α为可调的正增益；σ、ω为正的可调参数；S为滑膜变量，γ是大于1的变量，β是大于0的变量。

2.根据权利要求1所述的一种并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：所述步骤5)中，所构成无模型自适应光滑滑模控制器为：

3.根据权利要求1所述的一种并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：所述步骤6)中期望的目标阻抗如下：

式中，m_d为目标惯量、b_d为目标刚度、k_d为目标阻尼；x、和分别为夹持机构夹指的实际位移，单位为m、速度，单位为m/s和加速度，单位为m/s²；x_d、和分别为夹持机构夹指的期望位移，单位为m、速度，单位为m/s和加速度，单位为m/s²；f_r为夹持机构夹指施加给水果的期望接触力，单位为N；f_e为压力传感器实际采集接触力，单位为N。

4.根据权利要求1所述的一种并联机器人串类水果夹取无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，其特征在于：还包括，设计自适应规则是滑动变量S与控制器惯性增益的函数，当滑动变量远离滑模面时，α|S|^γ项变大，控制器惯性增益变大；当滑动变量靠近滑模面时，α|S|^γ项变小，项变大，控制器惯性增益变小。