The invention discloses a fast estimation method based on adaptive sliding mode double force remote operating system, select a consists of two 3 DOF robot teleoperation robot system, the measurement quality and length information of robot links under no-load condition; according to the two order Lagrange system model of task space energy flat operating system. The establishment of balance equation; using the position signal of the position encoder to measure the robot itself, according to the design of adaptive location information of double super spiral sliding mode full order observer method, and observed by the information that the estimated force; according to the size of the external force and force change of different working conditions, in order to ensure the stability of the observer system by selecting the observer parameters is large enough. The method has the advantages of low cost, insensitive interference, and enhancing the robust performance of the closed loop system.
【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法
本专利技术涉及遥操作机器人外力观测
,尤其是一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法。
技术介绍
遥操作系统由一名操作者操作一台本地机器人通过网络控制远程机器人完成指定工作任务。遥操作技术已经被广泛应用于空间技术,深海探索,远程医疗和极限环境中。在遥操作系统应用中如果远程机器人能将外界环境的触觉信息反馈到主机器人端,操作者的临场感将得到极大的改善。临场感技术是人机交互遥操作的核心。具有临场感的遥操作机器人系统是主从是遥控机器人的一种发展,侧重于远地环境在操作者周围的再现,这需要力传感器来实现。一方面,在实际应用中,力传感器存在惯性力的影响严重、动态频率低、维间干扰较大以及体积大等问题,而且在某些恶劣环境下不允许传感器的使用。另一方面,考虑节省传感器本身昂贵成本费用的问题。因此迫切需要提出新的快速、准确的力估计方法,从而代替遥操作机器人系统对力传感器的需求。针对系统的不确定和外界干扰,滑模控制提供了很好的控制效果。利用自适应双层超螺旋有限时间滑模的方法设计全维状态观测器能很好的观测出系统的状态和外界干扰。自适应滑模参数的方法能随着外界干扰的大小而调整滑模参数。但是基于传统的滑模的状态观测器会因为未知的外界干扰而设置较大的滑模参数,其观测信号的准确度会受到很大影响。而且现有的大部分观测器设计方案依赖于遥操作系统机器人的速度信号即假设系统速度已知,增加了设备的成本。在实际中,通常情况下往往位置信号容易测得,而速度和外力的信号不易测得。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种能够获得准确速度和外力信号的 ...
【技术保护点】
一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法,其特征在于,所述方法步骤如下:S1、选取一个由两个3自由度机器人构成的遥操作机器人系统,在无负载情况下测量机器人连杆的质量和长度信息;根据能量平衡方程建立遥操作系统的任务空间下二阶拉格朗日系统模型;S2、利用机器人本身的位置编码器测量机器人的位置信号,根据位置信息设计自适应双层超螺旋滑模全维观测器,并由观测到的信息得出估计的力的求法;S3、根据不同的工作环境下不同的外力大小及外力改变情况,通过选取足够大的观测器参数以保证观测器系统稳定。
【技术特征摘要】
1.一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法,其特征在于,所述方法步骤如下:S1、选取一个由两个3自由度机器人构成的遥操作机器人系统,在无负载情况下测量机器人连杆的质量和长度信息;根据能量平衡方程建立遥操作系统的任务空间下二阶拉格朗日系统模型;S2、利用机器人本身的位置编码器测量机器人的位置信号,根据位置信息设计自适应双层超螺旋滑模全维观测器,并由观测到的信息得出估计的力的求法;S3、根据不同的工作环境下不同的外力大小及外力改变情况,通过选取足够大的观测器参数以保证观测器系统稳定。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法,其特征在于:所述步骤S1中,无负载情况下机器人的连杆的质量和长度信息可在机器人的出厂说明书中得到;根据杆的长度和质量信息分别计算出的主机器人和从机器人的惯性矩阵、哥氏力、离心力矩阵、雅可比矩阵和重力项。3.根据权利要求1所述的一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法,其特征在于,所述步骤S1中,建立遥操作系统的任务空间下二阶拉格朗日模型由以下条件得到:根据普遍使用的机器人系统的拉格朗日动力学模型给出主从机器人系统的基于关节空间的动力学模型:其中,m表示主机器人,s表示从机器人;qm(t),qs(t)∈Rn为关节位移矩阵;为关节速度矩阵;Mm(qm),Ms(qs)∈Rn×n为正定的惯性矩阵;为哥氏力和离心力矩阵;Gm(qm),Gs(qs)∈Rn为重力扭矩;Fh∈Rn和Fe∈Rn分别为人类操作者施加的力矩和环境施加的力矩;Fm∈Rn和Fs∈Rn为提供的控制扭矩;把主机器人关节的位移和速度写成下面的形式可以得到相对应,定义从机器人的位移和速度如下可以得到4.根据权利要求1所述的一种基于自适应双层滑模的遥操作系统快速力估计方法,其特征在于:所述步骤S2中,利用机器人自带的编码器得到关节位置信息,设计全维状态观测器,观测器形式如下其中,和中的第i个元素有如下形式其中,...
【专利技术属性】
技术研发人员:华长春,赵云鹏,杨亚娜,
申请(专利权)人:燕山大学,
类型:发明
国别省市:河北,13
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