【技术实现步骤摘要】
一种柔性机械臂关节系统的自适应控制器、模块及机器人
[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种柔性机械臂关节系统的自适应控制器、模块及机器人。
技术介绍
[0002]机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。随着技术的不断进步，机器人已经在外科医疗手术、自动工业产线等领域广泛应用。并且随着机器人的小型化和轻量化，人工外骨骼、家居服务机器人、办公协作机器人等新型机器人也在逐渐变得热门起来。机器人能够执行复杂运动主要依赖关节的灵活性，机器人关节是一种典型的柔性传动系统(FTS)，该系统包括电机端和负载端两个主要部分。
[0003]在所有包含关节的机器人中，FTS在运动过程中都会产生较大的振动，这对运动精度有很大的影响。虽然阻尼会增加电机的额外负载，并影响机械手的响应速度。但是，为了减少机械手运动产生的振动，提高加工进度，许多柔性机械手仍将配备阻尼。因此，在控...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性机械臂关节系统的自适应鲁棒控制器，其特征在于：其应用于包含单关节或多关节的柔性机械臂关节系统中，用于实现关节系统的约束跟踪；所述自适应鲁棒控制器的设计方法如下：S1：将柔性关节分解为电机端和负载端两个部分，考虑柔性关节对应的柔性传动系统中阻尼和外加载荷的影响，构建单柔性关节双质量系统，并将其分解为对应的电机端动力学模型和负载端动力学模型；S2：根据柔性关节所受的约束矩阵得到动力学模型对应的约束力，并建立相应的约束方程；S3：将约束方程转换成二阶微分形式，并通过U
‑
K理论处理系统阻尼将其以约束的形式进行描述，进而生成一个用于在考虑阻尼的条件下实现柔性关节轨迹跟踪的约束控制器p
11
；S4：在负载端动力学模型中引入一个待设计的虚拟控制量τ，得到一个改进的负载端动力学模型；S5：基于改进的负载端动力学模型，根据柔性关节的运动轨迹与预定轨迹间的初始偏移量，设计满足要求的兼容性稳定控制器p
12
；S6：通过泄露型自适应法则评估改进的负载端动力学模型中不确定性的边界大小，并基于自调节泄漏的自适应律生成一个对应的负载端自适应控制器p
13
；S7：将虚拟控制量τ引入到电机端动力学模型并对其进行改写，得到实际控制的电机端模型；S8：通过泄露型自适应法则评估实际控制的电机端模型中不确定性的边界大小，并基于自调节泄漏的自适应律生成一个对应的电机端自适应控制器p2；S9：对柔性传动系统中包含不确定性的参数进行分解，得到各参数对应的初值以及不确定部分；将各参数的初值作为理想控制参数；S10：结合约束控制器p
11
、兼容性稳定控制器p
12
和负载端自适应控制器p
13
得到所需的虚拟控制量τ；上式中，q1表示负载端关节角的广义坐标，q1＝[q
11 q
12
…
q
1n
]
T
；t∈R代表时间；S11：对虚拟控制量τ、电机端自适应控制器p2，以及理想控制参数的初值进行融合，得到所需的自适应鲁棒控制器；在所述自适应鲁棒控制器中，电机的实际输入转矩τ
M
的控制表达式为：上式中，K
p
和K
d
均为带有相应维数的对角正增益矩阵，且满足：K
p
∈R
n
×
n
，K
d
∈R
n
×
n
；为关节柔性部分的刚度K对应的初值；为电机端的阻尼系数B
M
对应的初值；N为关节中减速器的减速比；q2表示电机端关节角的广义坐标，q2＝[q
21 q
22
…
q
2n
]
T
；为关节柔性部分的阻
尼系数D的初值；为电机的转动惯量J
M
的初值；P和N分别为预设的参数矩阵，且满足：N＝diag[N
i
]
n
×
n
，P＝diag[P
i
]
n
×
n
；其中，N
i
，P
i
＞0，i＝1，2，
…
，n。2.如权利要求1所述的柔性机械臂关节系统的自适应鲁棒控制器，其特征在于：步骤1中，描述一个存在阻尼的单关节双质量柔性机械臂关节系统的动力学模型可表示为：上式中，J
M
为电机的转动惯量；J
L
为关节负载端的转动惯量；θ
M
和θ
L
分别为该系统电机端和负载端的旋转位置；N为减速器的减速比；τ
ext
为关节所受的外部接触力矩；B
M
和B
L
分别为电机端和负载端的阻尼系数；K、D分别为关节柔性部分的刚度和阻尼系数；τ
r
为引起关节柔性部分发生变形的弹力；τ
M
为电机力矩，是一个受控的系统输入变量；分解后的电机端动力学模型和负载端动力学模型如下：上式中，q1＝[q
11 g
12
…
...
【专利技术属性】
技术研发人员：董方方，洪彧梓，韩江，赵晓敏，田晓青，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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