[发明专利]一种柔性机器人关节谐波减速器高频谐振抑制方法

权利要求书

1.一种柔性机器人关节谐波减速器高频谐振抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，根据机械臂柔性关节的动力学关系构建相应的数学模型；

第二步，选取合适的参数，设计谐波干扰观测器对由于谐波减速器柔性引起的高次谐波振动进行在线实时估计；

第三步，将第二步得到的谐波扰动估计值与机械臂柔性关节的PD反馈控制器相结合，对系统的二次谐波干扰进行补偿和抑制，形成所述的机械臂柔性关节的谐波减速器高频谐振抑制方法。

2.如权利要求1所述的一种柔性机器人关节谐波减速器高频谐振抑制方法，其特征在于，所述第一步，根据机械臂柔性关节的动力学关系建立数学模型，所构建的数学模型具体为：

其中M(q)，C(q)分别为柔性关节连杆侧惯量参数矩阵和柯氏力参数矩阵，g(q)为重力项参数矩阵；q为关节连杆侧的绝对位置，和分别为其二阶导数和一阶导数，对应的物理意义即为关节连杆侧的加速度和速度；τ_am为谐波减速器输出力矩，J_m为电机侧转动惯量，θ_m为电机侧绝对位置，为位置的二阶导数即电机侧加速度；u_m为电机输出力矩；

根据扰动对动力学模型的影响，添加谐波扰动力矩τ_am到动力学模型中，且在单自由度的机械臂动力学模型中，忽略柯氏力的影响，将整体动力学关系改写为如下形式：

其中τ_d为二次谐波扰动力矩；

由此可以得到一个传统的线性扰动观测器：

其中为二次谐波扰动力矩的估计值，为估计的观测器状态量，为与观测器状态量有关的调节参数。

3.如权利要求2所述的一种柔性机器人关节谐波减速器高频谐振抑制方法，其特征在于，所述第二步，选取合适的参数，设计谐波干扰观测器对由于谐波减速器柔性引起的高次谐波振动进行在线实时估计，具体为：

根据系统反馈量将观测器改写为二次谐波扰动非线性观测器；

定义一个辅助变量z：

为待定义的状态变量，令上述式中的参数满足：

由此得到辅助变量z的微分为：

最后得到调整后的非线性观测器为：

选取合适的得到：

c为可调常数，且c＞0；将其带入机械臂动力学方程得到：

其中

4.如权利要求3所述的一种柔性机器人关节谐波减速器高频谐振抑制方法，其特征在于，所述第三步，具体为：

将估计得到的扰动信号与反馈控制器相结合，具体做法是将得到的扰动信号前馈到控制信号输入端，与反馈控制器中得到的系统输入相减得到最终的最终期望力矩输入：u_fb为反馈控制器的输出。