一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法技术

本发明专利技术涉及水下机器人的运动控制技术领域，尤其涉及双臂水下机器人在机械臂惯量与载体惯量之间相差不明显时的运动控制。本发明专利技术在利用物理模型与系统状态预测载体与机械臂之间扰动的基础上，额外考虑了利用扩展卡尔曼滤波估计剩余的扰动，使状态估计更为精准，且能适应机械臂末端负载。基于计算转矩控制与扰动估计得出系统主控制率，并利用滑模控制技术构建辅助控制率，在存在外界扰动的情况下，保证控制精度，实现系统的控制稳定性，进而增强控制器的鲁棒性，使系统在机械臂运动过程中，机械臂末端仍能准确跟踪参考轨迹，增强了系统的作业能力。作业能力。作业能力。

【技术实现步骤摘要】
一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及水下机器人
‑
机械臂系统运动控制
，尤其涉及水下飞行机械臂的运动控制方法，实现水下飞行机械臂在机械臂运动条件下对载体的前馈补偿，进而实现机械臂末端稳定追踪。

技术介绍

[0002]人类社会的发展进步离不开对资源的开发与利用，设备及结构物的建设、维护与保养等带来了大量的水下作业需求，水下机器人因此得到广泛应用。水下飞行机械臂是一种面向狭小空间做的双臂水下机器人，系统以机械臂为核心，可以实现一定负载的水下精细作业。为了降低机械臂运动对载体姿态的影响，传统水下机器人都采用大载体与小机械臂搭配的方案，载体惯量远大于机械臂的惯量，与传统的水下机器人相比，水下飞行机械臂机器人的机械臂占系统总质量的30％，载体与机械臂惯量相差并不明显，机械臂运动会给载体带来巨大的扰动，这种非线性大扰动是系统运动控制中的关键技术难题。
[0003]对于传统水下机器人，机械臂与载体之间的扰动并不明显，因此可将机械臂运动直接视为外界扰动，利用比例
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于水下机器人机械臂的位置、速度以及加速度，预测机械臂对水下机器人的作用力；2)基于动力学模型，根据机械臂对水下机器人的作用力，预测水下机器人系统的外界扰动，得到扰动估计量；3)根据扰动估计量得到系统的主控制率；4)通过滑模控制得到系统的辅助控制率；5)基于系统的主控制率和辅助控制率计算系统的总控制率，并根据总控制率控制水下双臂机器人的运动。2.根据权利要求1所述的一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：1.1)利用标准DH方法，分别在机械臂各个关节建立机器人坐标系，进而得到各个臂杆在其机器人坐标系下的速度
i
ω
i
，
i
ν
i
，
i
v
i,c
与加速度1.2)利用牛顿第二定律得到各臂杆所受惯性力，与各个关节的受力情况；1.3)在机器人身体坐标系上表示作用在机械臂0坐标系原点的力与力矩，进而得到机械臂与水下机器人的耦合力3.根据权利要求2所述的一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1.1)具体为：其中，q
i
,分别为机械臂的第i个关节的位置、速度与加速度，为从坐标系i到坐标系i+1的旋转矩阵，为坐标系i的单位旋转矢量，
i
ω
i
,
i
v
i
分别为坐标系i下表示的坐标系i原点的角速度与线速度，
i
v
i,c
为坐标系i下表示的臂杆i质心的线速度，r
i+1
表示坐标系i+1下的坐标系i原点指向坐标系i+1原点的位置向量，r
i+1,c
表示坐标系i+1表示下的坐标系i原点指向臂杆i+1质心原点的位置向量。4.根据权利要求2所述的一种水下双臂机器人的鲁棒自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1.2)具体为：其中，M
i
,I
i
为臂杆i的质量与惯量，r
i
,r
i,c
分别为坐标系i表示下的坐标系i
‑
1原点指向
i的位移矢量，与坐标系i
‑
1原点指向臂杆i重心的位置矢量，ρ为水的密度，
▽
i
,g
i
分别为臂杆i的体积与坐标系i下的重力加速度向量，
i
F
i
,
i
T
i
分别为导致臂杆i运动的惯性力与力矩，
i
f
i
,
i
n
i
分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑鑫辉，田启岩，许文博，张奇峰，杨雪娇，刘晓萌，李德颢，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：