一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供了一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法。该方法包括：包括如下步骤：使用拉格朗日方程建立n度串联刚性机械臂系统的动力学方程；利用内环的逆动力学控制器将原有的非线性多输入多输出(MIMO)跟踪误差系统简化为一组解耦线性化单输入单输出(SISO)跟踪误差系统；设计基于扰动观测器的鲁棒模型预测跟踪控制(D

【技术实现步骤摘要】
一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人控制
，尤其涉及一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]工业机器人的发展受到了最新工业革命工业4.0的推动。世界各地工厂的工业机器人运行库存呈上升趋势。机械臂在工业上的广泛应用，不仅节省了生产成本，提高了生产效率，而且具有人工不可比拟的生产精度。机械臂的轨迹跟踪精度严重影响产品质量和生产效益，因此研究机械臂轨迹跟踪问题具有明显的经济意义。
[0003]机械臂在笛卡尔/关节空间的轨迹跟踪控制是业界普遍研究的课题，已引起广泛关注。其中串联机械臂是最受欢迎的工业机器人，广泛用于操作生物危险或放射性物体，并以远远超过人类表现的高效率和准确性执行重复任务。
[0004]目前，现有技术中的基于扰动观测器的控制方法没有直接考虑机械臂的所有关节状态和控制约束，因此不能保证约束的满足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例提供了一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法，以实现具有良好控制器性能的串联机械臂的轨迹跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联机械臂的关节空间轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：利用内环的逆动力学控制器将原有的非线性多输入多输出MIMO跟踪误差系统简化为一组解耦线性化单输入单输出SISO跟踪误差系统，将所述一组解耦线性化SISO跟踪误差系统作为逆动力学控制输入；设计基于扰动观测器的串联机械臂鲁棒模型的预测跟踪控制D
‑
RMPTC方案，利用所述预测跟踪控制D
‑
RMPTC方案求解带约束优化问题，得到干扰补偿输入及预测输入的加性和；将所述逆动力学控制输入、干扰补偿输入和预测输入加性组成n度串联刚性机械臂系统的关节力矩，利用所述n度串联刚性机械臂系统的关节力矩使用拉格朗日方程建立n度串联刚性机械臂系统的动力学方程，通过求解所述n度串联刚性机械臂系统的动力学方程，得到机械臂关节的实时角度信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用内环的逆动力学控制器将原有的非线性多输入多输出MIMO跟踪误差系统简化为一组解耦线性化单输入单输出SISO跟踪误差系统，将所述一组解耦线性化SISO跟踪误差系统作为逆动力学控制输入，包括：无扰动的参考轨迹由二阶积分器动力学生成：其中，为参考状态，是τ
ref
∈T的参考控制输入；上述串联刚性机械臂系统的动力学方程的状态空间形式为：其中是表示状态。定义为包含不确定性的等效集总扰动。通过(2)减去(1)，得到状态空间中的跟踪误差动态为：其中为跟踪误差状态。即：x
i
＝x
i,ref
+x
i,e
,i∈Ι
1:2
。使用逆动力学控制，将MIMO系统减少到n个SISO去耦线性化系统，串联刚性机械臂系统的每个关节一个，控制输入τ被选择为：τ＝M
m
(x
1,e
+x
1,ref
)(u
e
+u
ref
)+N
m
(x
1,e
+x
1,ref
,x
2,e
+x
2,ref
)(4)其中为辅助控制输入，将(4)代入(3)得到：得到第j个关节的跟踪误差系统为：
将所述跟踪误差系统写成矩阵的紧化形式：其中：其中：B＝[0 1]
TT
控制输入由给出，其中u
j,edob
和u
j,empc
径分别由扰动观测器和RMPTC控制器生成。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的设计基于扰动观测器的串联机械臂鲁棒模型的预测跟踪控制D
‑
RMPTC方案，利用所述预测跟踪控制D
‑
RMPTC方案求解带约束优化问题，得到干扰补偿输入及预测输入的加性和，包括：u
j,edob
的设计：设计扰动观测器等效集总扰动ω
j
：其中L
j
为设计者选择的观测增益；υ
j
为辅助变量；ω
j
为等效的集总扰动估计，其初值设为ω
j
(t0)＝0；定义等效的集总扰动估计误差为其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚秀明，杨雨，韩一睿，赵搏洋，李晓峰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：