[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

说明书

本发明公开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，属于农业并联机器人控制技术领域。首先，针对该并联机器人夹持机构，采用时延估计技术实时在线获取夹持机构动力学模型；然后，基于时延估计获取的动力学模型设计一种并联机器人夹持机构光滑滑模控制器；针对无模型光滑滑模控制惯性增益设计一种需调整参数较少的自适应律，实现一种无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法。最后，通过软件编程，实现该并联机器人对串类水果的无损夹取。本发明提出的无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，无需建立夹持机构的数学模型，具有对机构运动和负载变化的自适应性，能够很好地实现并联机器人对串类水果的无损夹取。

技术领域

本发明涉及农业并联机器人控制技术领域，尤其涉及一种串类水果分拣并联机器人对串类水果夹取的无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，实现并联机器人对串类水果的无损夹取。

背景技术

并联机构采用闭链结构具有结构稳定、高刚度、高精度、动力性能好等优点，特别适用于对抓取稳定性要求较高的串类水果分拣操作。然而串类水果柔软、易损伤，实现无损分拣的关键问题之一是如何高性能实现夹持机构对串类水果的夹取控制。

并联机器人夹持机构是与目标果实直接接触的机构，其功能类似于人手。并联机器人夹持机构由夹指、传动机构和驱动装置三部分组成，夹持机构的设计具有一定的通用性，可以适用于夹取不同形状和大小的果实。并联机器人夹持机构是平移型夹指结构，采用常用的动力学建模方法，如拉格朗日法与牛顿-欧拉法，模型计算推导过程复杂，且难以获得准确的动力学模型参数，因此难以建立既能全面反映动力学特性、又能实现实时控制的夹持机构精确动力学模型。在实际控制中并联机器人动力学模型中的惯性增益对系统动力学特性影响较大，并随机器人运动状态和负载的变化而变化，且难以直接测量。此外，并联机器人夹持机构系统还存在摩擦力、外界干扰等多种复杂不确定因素，这些不确定因素易导致并联机器人夹持机构系统各夹指运动不精确，严重时甚至导致整个系统的不稳定。

“果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制”(姬伟，罗大伟，李俊乐，农业工程学报，2014年，第30卷，第9期，第19-26页)一文中针对采摘机器人的果蔬采摘，建立末端执行器和驱动电机控制模型，设计了一种基于广义比例积分的抓取力矩控制方法。

“机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制”(王学林，肖永飞，毕淑慧，农业工程学报，2015年，第31卷，第1期，第58-63页)一文中为减小机器人在采摘过程中对果蔬的损伤，基于笛卡尔空间末端执行器双指抓持方向，提出了一种双指抓取果蔬的抓持力跟踪阻抗控制算法。

但上述相关抓取控制方法，均未考虑夹持机构的动力学特性以及存在摩擦力、外界干扰等多种复杂不确定因素对水果抓取控制性能的影响。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明针对并联机器人对串类水果的无损夹取问题，提出一种无模型自适应光滑滑模阻抗控制方法，该方法无需建立并联机器人夹持机构的数学模型，具有对机构运动和负载变化的自适应性，能够很好地实现并联机器人对串类水果的无损夹取。

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，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；