【技术实现步骤摘要】
一种快速终端滑模阻抗控制算法
本专利技术涉及力反馈设备与物体之间的交互，用于提高阻抗控制的抗干扰能力、动态响应速度以及跟踪精度，能够降低力反馈设备与物体接触产生的相互作用力，从而保护力反馈设备和接触物体。
技术介绍
众所周知，人类的感觉主要由听觉、嗅觉、味觉、视觉和力触觉组成。力触觉又可分为力觉和触觉，其中力觉是对压力、刚度等的感知，而触觉是对纹理、温度等的感知。力触觉是我们日常生活非常倚重的感觉，例如：完成开门、书写、打球等接触性的活动都需要依赖于力触觉。MarcOErnst在《Nature》中指出人的力触觉反馈信息可以修正视觉上的偏差。研究表明，在人机交互的实验中，完成插销入孔、组装工件等任务，与仅有图像显示相比，将视觉和力触觉反馈相结合，能够极大地提高操作的精度和效率。因此，与其他感觉相比，力触觉更加微妙、细腻和直接，在人类的感知、决策和判断中起着非常重要的作用。力触觉的实现依赖于力触觉反馈设备(或者力反馈设备)。一个理想的力反馈设备应当具有如下特点：当操作者操作该设备与虚拟环境或者远端环境进行人机交互时，操作...
【技术保护点】
1.一种快速终端滑模阻抗控制算法，其特征在于：按以下步骤：/n步骤1、将力反馈设备简化为双连杆模型；/n步骤2、求解力反馈设备模型的运动学；/n步骤3、求解力反馈设备模型的动力学；/n步骤4、建立阻抗模型；/n步骤5、设计快速终端滑模控制器。/n
【技术特征摘要】
1.一种快速终端滑模阻抗控制算法，其特征在于：按以下步骤：
步骤1、将力反馈设备简化为双连杆模型；
步骤2、求解力反馈设备模型的运动学；
步骤3、求解力反馈设备模型的动力学；
步骤4、建立阻抗模型；
步骤5、设计快速终端滑模控制器。
2.根据权利要求1所述的一种快速终端滑模阻抗控制算法，其特征在于：所述步骤1中将力反馈设备简化为双连杆模型具体如下：
力反馈设备具有N个可旋转的关节J1、J2…JN，N＜＜7，关节J1控制的是设备末端在水平面的运动，控制算法所需要补偿的重力以及末端在工作空间中的运动主要来自关节J2…JN，将力反馈设备简化为双连杆模型，并设定连杆为均匀质杆，简化后的双连杆模型关节1记作J'1，关节2记作J'2；其中，J'1由原力反馈设备的关节J2…JN-1合并而来，J'2是原力反馈设备的关节JN，并将原力反馈设备的的关节J1省去。
3.根据权利要求2所述的一种快速终端滑模阻抗控制算法，其特征在于：所述步骤2中具体求解力反馈设备模型运动学的算式如下：
(a)正运动学求解算式：
式中，l1和l2分别是简化后模型关节J'1的连杆长和关节J'2的连杆长，θ1是l1与水平面间的夹角，θ2是l2和竖直平面之间的夹角，(x1,x2)是设备末端在二维平面上的位置坐标；
(b)逆运动学求解算式：
式中，r是设备末端到关节J'1之间的距离；
式中，β是r与水平面的夹角；
再通过余弦定理得到：
式中，γ是l1与r之间的夹角；
考虑力反馈设备的实际工作空间，γ>0，因此θ1的计算公式为：
θ1＝γ+β
通过余弦定理，得到角α的计算公式：
α为杆长l1和l2之间的夹角
得到θ2的计算公式：
定义x＝[x1x2]，θ＝[θ1θ2]，得雅可比矩阵公式：
将正运动学公式带入上式，可得：
雅可比矩阵的微分为：
4.根据权利要求3所述的一种快速终端滑模阻抗控制算法，其特征在于：所述步骤3中具体求解力反馈设备模型动力学的算式如下：
连杆l1动能为：
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