[发明专利]一种基于二阶滑模算法的移动机械臂运动控制方法

说明书

本发明公开一种基于二阶滑模算法的移动机械臂运动控制方法，包括：1)设计基于跟踪控制位置误差的向量取值函数，所设计的向量取值误差函数包含跟踪控制位置的导数信息与积分信息，并构建二阶滑模算法动态方程；2)根据具体的移动机械臂参数计算相应的移动机械臂速度层运动学关系式；3)将步骤2)中得到的二阶滑模算法动态方程代入移动机械臂速度层运动学关系式得到求解模型，计算移动机械臂的驱动轮旋转速度与机械臂关节角速度；4)将步骤3)的求解结果传递给下位机控制器驱动移动机械臂运动。本发明求解出的移动机械臂运动控制量，控制移动机械臂实现有限时间收敛的跟踪控制，同时也使得移动机械臂具有抵抗外部干扰的能力。

技术领域

本发明涉及移动机械臂运动规划及控制领域，具体涉及基于二阶滑模算法的移动机械臂运动控制方法。

背景技术

移动机械臂是一种带有可移动平台并搭载机械臂的机械装置，其广泛地应用于工业生产，社会服务和医疗辅助等领域。移动机械臂因具有可移动性、灵巧性、机械臂操作空间大等特性，得到了业界的重视与研究。其中对移动机械臂的运动规划与控制则是工业应用中十分重要的研究内容之一。使用传统移动机械臂控制方法求解所得的结果通常只能达到全局渐近收敛，并且对外部时变干扰十分敏感。上述的不足往往影响着移动机械臂的运动控制求解速度和精度，甚至会导致移动机械臂末端执行器的跟踪控制任务最终失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述技术存在的不足，提供一种基于二阶滑模算法的移动机械臂运动控制方法，该方法设计简单、易于操作且能快速求解，鲁棒和有效地控制移动机械臂运动的方法，更好地方便操作人员进行移动机械臂的控制，推广移动机械臂的应用。。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于二阶滑模算法的移动机械臂运动控制方法，包括如下步骤：

1)设计基于跟踪控制位置误差的向量取值函数，所设计的向量取值误差函数包含跟踪控制位置的导数信息与积分信息，并构建二阶滑模算法动态方程，也即定义基于跟踪控制位置误差的向量取值函数e(t)＝r_md(t)-r_m(t)，其中r_md(t)表示移动机械臂末端执行器期望跟踪路径，r_m(t)表示移动机械臂末端执行器实际运动位置轨迹。根据上述误差函数e(t)，定义中间变量其中κ表示用户可预定义的设计参数，sign(·)表示符号函数，结合误差函数，可构建二阶滑模算法动态方程，其第i个子系统表达式如下：

2)根据具体的移动机械臂参数，计算如下相应的移动机械臂速度层运动学关系式：

其中A(·,·)表示整合移动机器人的基座和机械臂几何关系信息的增广矩阵，φ表示移动机器人基座的航向角，θ表示移动机器人机械臂关节角，表示移动机械臂整合角速度。

3)将步骤2)中得到的二阶滑模算法动态方程代入移动机械臂速度层运动学关系式，得到如下求解模型：

用以计算移动机械臂的驱动轮旋转速度与机械臂关节角速度，其中函数映射ψ^1/2(·)的第i个元素定义如下：

4)将步骤3)的求解结果传递给下位机控制器驱动移动机械臂运动。

将基于二阶滑模算法求解模型的结果转化为电机驱动所需要的控制信号，从而驱动各移动机器人驱动轮和关节电机，使移动机械臂完成跟踪控制运动。