一种基于包含障碍函数的能量罐的机械臂变阻抗控制方法技术

本发明专利技术涉及机械臂控制技术领域，提出一种基于包含障碍函数的能量罐的机械臂变阻抗控制方法，包括步骤：S1：建立一个n自由度的机械臂的欧拉‑拉格朗日模型，根据所述欧拉‑拉格朗日模型建立在笛卡尔空间下的机械臂动力学方程；S2：根据机械臂的末端执行器的当前位置和理想平衡位置的误差，基于所述机械臂动力学方程建立阻抗模型；S3：于所述阻抗模型中添加能量罐，生成机械臂对应的变刚度阻抗模型；S4：获取机械臂的状态信息，生成机械臂的关节力矩，根据所述关节力矩对机械臂进行控制。通过设计能量罐和控制障碍函数，可以确保存储在能量罐中的能量不会超过预定的边界，从能量罐中提取所需的能量，补偿非无源行为，从而维持系统的整体无源性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械臂控制，特别是一种基于包含障碍函数的能量罐的机械臂变阻抗控制方法。

技术介绍

1、机械臂的控制分为定阻抗控制和变阻抗控制，传统的阻抗控制方法在非结构化环境中存在挑战，因为物体的质量和摩擦等因素会影响控制力，可变阻抗控制(vic)具有显著的优势，可变阻抗控制(vic)可以实时调整机器人的阻抗参数，以应对不同的运动要求和外力。

2、虽然许多研究已经解决了获得阻抗参数的挑战，这些研究已经证明了vic的实用性，并提出了几种不同的方法来获取阻抗参数信息。在执行任务时，在确保系统无源性的同时遵守预定义的阻抗参数是一个普遍期望的目标。有研究提出了一种基于能量罐的无源的变刚度方法，该方法可以使阻抗参数按照规定的形式变化，但能量罐中能量的过度积累，在人机交互过程中迅速释放，可能会引发一系列安全问题。一些研究提出了一种基于能量罐的控制和控制障碍函数的无源保证方法，每当某些期望的控制动作可能破坏系统的无源性时，所设计的控制屏障函数将修改行为以强制保持无源性，这种方法在一定程度上避免了由于油箱能量突然增加而导致的系统不稳定，但牺牲了系统执行任务的性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于包含障碍函数的能量罐的机械臂变阻抗控制方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述欧拉-拉格朗日模型如公式(1)所示：

3.根据权利要求2所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述机械臂的末端执行器的当前位置为ξ，所述机械臂的末端执行器的理想平衡位置为ξd，所述机械臂的末端执行器的当前位置和理想平衡位置的误差为当广义外力向量Fext可通过检测得到时，基于所述机械臂动力学方程建立阻抗模型如公式(3)所示：

4.根据权利要求3所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，...

【技术特征摘要】

1.一种基于包含障碍函数的能量罐的机械臂变阻抗控制方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述欧拉-拉格朗日模型如公式(1)所示：

3.根据权利要求2所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述机械臂的末端执行器的当前位置为ξ，所述机械臂的末端执行器的理想平衡位置为ξd，所述机械臂的末端执行器的当前位置和理想平衡位置的误差为当广义外力向量fext可通过检测得到时，基于所述机械臂动力学方程建立阻抗模型如公式(3)所示：

4.根据权利要求3所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，于所述阻抗模型中添加的能量罐e(xt)如公式(5)所示：

5.根据权利要求4所述的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤s3中生成机械臂对应的变刚度阻抗模型之前还包括设计输入控制模型，所述输入控制模型如公式(7)所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，刘勇华，张戈猛，徐旺，苏春翌，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：