一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：设计滑模观测器，根据滑模观测器的结构得到估计误差动态方程，用滑块区域简化估计误差动态方程；建立软体机器人的动力学模型，定义期望轨迹和跟踪误差，将期望轨迹和跟踪误差代入软体机器人的动力学模型得到跟踪误差模型；通过扰动观测器对系统不确定性上边界进行自适应更新；基于滑模观测器和扰动观测器对跟踪误差模型设计控制器，设计补偿器，定义滑模面；证明系统的稳定性和系统一直驻留在滑块区域内。本发明专利技术提供的控制方法，引入了扰动观测器，解决了现有技术中系统不确定性边界未知的情形，提高了软体机器人的鲁棒性和跟踪精度。了软体机器人的鲁棒性和跟踪精度。了软体机器人的鲁棒性和跟踪精度。

A robust adaptive control method for soft robot based on disturbance observer

【技术实现步骤摘要】
一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，尤其是涉及一种基于扰动观测器的软体机 器人鲁棒自适应控制方法。

技术介绍

[0002]软体机器人采用高弹性硅、橡胶材料制作本体，相较于刚性材料制作的传统 机器人，软体机器人对环境具有内在的柔顺性、对人体具有天生的安全性、对物 体具有本质的自适应性，在医疗康复、军事侦察、工业抓取等领域具有重要应用 价值。
[0003]由于软体机器人采用高弹性材料制作，其结构随内外压差的变化而改变，因 此软体机器人的控制存在三项控制难点：a)软体机器人的结构可形变造成动力学 模型存在一定的建模误差，实际工程环境扰动会进一步加大系统的不确定性；b) 系统的不确定性上边界信息往往事先未知；c)软体机器人因其结构可形变，造成 传统的刚性状态传感器(如转速表、码表、陀螺仪等)无法安装在软体机器人上， 否则会破坏软体机器人所特有的柔顺性。上述三项控制难点造成软体机器人的控 制困难、系统鲁棒性差，急需研究一种软体机器人鲁棒性控制方法，提高软体机 器人的鲁棒性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：S1：设计滑模观测器，根据滑模观测器的结构得到估计误差动态方程，用滑块区域简化估计误差动态方程；S2：建立软体机器人的动力学模型，定义期望轨迹和跟踪误差，将期望轨迹和跟踪误差代入软体机器人的动力学模型得到跟踪误差模型；S3：设计扰动观测器，通过扰动观测器对系统不确定性上边界进行自适应更新；S4：基于滑模观测器和扰动观测器对跟踪误差模型设计控制器，设计补偿器，定义滑模面；S5：证明系统的稳定性和系统一直驻留在滑块区域内。2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S1.1：设计滑模观测器，滑模观测器的结构为其中，q，分别表示软体机器人的角度和角速度，分别为q，的估计值，K1，K2，K3，K4分别为正常数，sign(
·
)表示符号函数，v表示需要设计的鲁棒项；S1.2：定义为估计误差，根据滑模观测器的结构得到估计误差动态方程为：S1.3：用滑块区域简化估计误差动态方程，若其中，sup
x∈R
表示在实数域R内的上确界，区域为滑块区域，用滑块区域简化滑模观测器的原理为：由可知，同时基于Fillippov解原理和公式0可知，的解为因此简化后的估计误差动态方程为3.根据权利要求2所述的一种基于扰动观测器的软体机器人鲁棒自适应控制方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S2.1：建立软体机器人的动力学模型，动力学模型可以表述为其中，M为系统惯性项，C为克罗利奥项，G为势能导数项，τ为广义力，ρ表示系统不确定项，M，C，G具有以下性质，性质1：在软体机器人活动范围内，惯性项M(q)是正的；
性质2：克罗利奥项由惯性项决定，即性质3：克罗利奥项对q有界，对呈现线性关系，即对任意的z∈R，有呈现线性关系，即对任意的z∈R，有其中K
c
是正常数，|
·
|表示绝对值；S2.2：定义期望轨迹和跟踪误差，将期望轨迹和跟踪误差代入软体机器人的动力学模型得到跟踪误差模型，具体为：定义期望轨迹为q
d
，定义跟踪误差为e＝q
‑
q
d
，则估计的跟踪误差为根据(1.5)可以得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹桂州，李珍平，杜君莉，史书怀，陈二强，张小科，夏大伟，王朝华，李敏，谷范坤，席胧柯，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：