一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法及装置，所述方法包括：以有向切换拓扑图构建多机械臂系统中领导者机械臂与跟随者机械臂之间、以及各跟随者机械臂之间的信息交互关系；建立若干个跟随者机械臂系统的动力学模型；建立领导者机械臂系统的动力学模型；设计跟随者机械臂的分布式动态补偿器；构建闭环控制系统；利用闭环控制系统对多机械臂系统进行控制；本发明专利技术的优点在于：解决时变切换拓扑下的多机械臂系统的一致性问题，系统的稳定性和鲁棒性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法及装置
本专利技术涉及人工智能及控制领域，更具体涉及一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法及装置。
技术介绍
近年来，随着机器人和人工智能技术的兴起，机械臂在工业生产、现代医疗以及太空探索等领域发挥着越来越重要的作用。随着机械臂应用范围的扩大以及作业难度的提升，单机械臂在执行任务时通常具有局限性。与此同时，多机械臂协同控制因其低运行成本、高可靠性等优点，成为一个重要的研究热点。然而实际中的机械臂系统中往往具有高度复杂、甚至难以建模的未知非线性，另外其作业环境中还存在未知的外部扰动等，这些因素会影响系统的控制性能，甚至造成系统不稳定。为了消除多机械臂系统由于系统不确定性及外部扰动等带来的影响，一些控制方法中采用线性参数化的方式刻画系统中的不确定性，并在此前提下，设计分布式控制算法实现了多机械臂系统的领导-跟随一致性。然而实际多机械臂系统中往往存在更加复杂的未知非线性，导致难以对机械臂系统精确建模，上述线性参数化方法无法处理诸如此类的更具一般性的不确定性。为了克服上述难题，可以采用模糊系统、神经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤一：以有向切换拓扑图构建多机械臂系统中领导者机械臂与跟随者机械臂之间、以及各跟随者机械臂之间的信息交互关系；/n步骤二：建立若干个跟随者机械臂系统的动力学模型；/n步骤三：建立领导者机械臂系统的动力学模型；/n步骤四：假设步骤一中有向切换拓扑图联合连通，基于领导者机械臂系统的动力学模型以及若干个跟随者机械臂系统的动力学模型，设计跟随者机械臂的分布式动态补偿器；/n步骤五：基于跟随者机械臂的分布式动态补偿器建立辅助状态变量模型、局部跟踪误差模型、分布式自适应模糊控制器模型以及参数自适应率模型，根据辅助状态变量模型、...

【技术特征摘要】
1.一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：以有向切换拓扑图构建多机械臂系统中领导者机械臂与跟随者机械臂之间、以及各跟随者机械臂之间的信息交互关系；
步骤二：建立若干个跟随者机械臂系统的动力学模型；
步骤三：建立领导者机械臂系统的动力学模型；
步骤四：假设步骤一中有向切换拓扑图联合连通，基于领导者机械臂系统的动力学模型以及若干个跟随者机械臂系统的动力学模型，设计跟随者机械臂的分布式动态补偿器；
步骤五：基于跟随者机械臂的分布式动态补偿器建立辅助状态变量模型、局部跟踪误差模型、分布式自适应模糊控制器模型以及参数自适应率模型，根据辅助状态变量模型、局部跟踪误差模型、分布式自适应模糊控制器模型以及参数自适应率模型构建闭环控制系统；
步骤六：利用闭环控制系统对多机械臂系统进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述步骤一还包括：引入有向切换拓扑图表示t时刻N个跟随者机械臂和领导者机械臂之间以及各跟随者机械臂之间的信息交互，其中为节点集合且节点0表示领导者机械臂，节点i表示跟随者机械臂且i＝1,...,N，为边集合且


3.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述步骤二还包括：利用公式



建立N个跟随者机械臂系统的动力学模型，其中，qi为第i个跟随者机械臂的角度向量简化表示、为第i个跟随者机械臂的角速度向量简化表示，为第i个跟随者机械臂的角加速度向量简化表示；Mi(qi)表示第i个跟随者机械臂的对称正定惯性矩阵；为第i个跟随者机械臂的科里奥利力和离心力矩阵；是第i个跟随者机械臂的摩擦力向量且Gi(qi)是第i个跟随者机械臂的重力向量且Gi(qi)∈Rn；τdi是外部扰动向量且τdi∈Rn；τi是施加在跟随者机械臂上的控制力矩且τi∈Rn。


4.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述步骤三还包括：利用公式



建立领导者机械臂系统的动力学模型，其中，0n×n表示n维的全0矩阵，In表示n维单位矩阵，表示定义符号；S表示领导者机械臂的系统矩阵，S1表示第一预设的常值矩阵，S2表示第二预设的常值矩阵，q0表示领导者机械臂的角度向量简化表示，表示领导者机械臂的角速度向量简化表示，表示领导者机械臂的角加速度向量简化表示。


5.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述步骤四还包括：
根据领导者机械臂系统的动力学模型以及N个跟随者机械臂系统的动力学模型，利用公式建立跟随者机械臂的分布式动态补偿器，其中，ηi1是第i个跟随者机械臂的补偿器的第一状态向量且ηi1∈Rn，为ηi1的一阶导数；ηi2是第i个跟随者机械臂的补偿器的第二状态向量且ηi2∈Rn，是ηi2的一阶导数；j＝0时，η01＝q0，时，ηj1是第j个跟随者机械臂的补偿器的第一状态向量，ηj2是第j个跟随者机械臂的补偿器的第二状态向量；μ是预设的正常数；αij(t)表示有向切换拓扑图的邻接矩阵的元素。


6.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的多机械臂系统一致性控制方法，其特征在于，所述步骤五还包括：
基于跟随者机械臂的分布式动态补偿器，利用公式获取辅助状态变量模型，其中，zi是第i个跟随者机械臂的辅助状态变量，是第i个跟随者机械臂的辅助状态变量zi的一阶导数，α表示预设的正常数；
利用公式获取局部跟踪误差模型，其中，s...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱剑彬，王桐，王安青，樊渊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23