本申請涉及柔性機(jī)械臂控制，尤其涉及一種基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、柔性機(jī)械臂其臂體或關(guān)節(jié)本身由彈性、柔性元件構(gòu)成，具有良好的柔順性。而在執(zhí)行目標(biāo)操作任務(wù)時(shí)，柔性元件的非線性變形使得柔性機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)變形更為復(fù)雜，而且尺度的增加導(dǎo)致其變形和振動(dòng)的現(xiàn)象更加劇烈。在機(jī)器人與環(huán)境對(duì)象接觸作業(yè)中，剛度調(diào)節(jié)的快速響應(yīng)對(duì)提高作業(yè)的安全性和柔順性具有重要意義，因此國內(nèi)外學(xué)者從機(jī)械臂關(guān)節(jié)剛性轉(zhuǎn)柔性出發(fā)，設(shè)計(jì)了剛度可調(diào)的變剛度關(guān)節(jié)。

2、然而，變剛度關(guān)節(jié)的引入增加機(jī)械臂柔順性的同時(shí)，也增加了關(guān)節(jié)的非線性特性和參數(shù)不確定性，比如阻尼、剛度等系數(shù)的時(shí)變性質(zhì)。這些非線性特性使機(jī)械臂的精確控制更加困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制方法及裝置。

2、根據(jù)本申請的第一方面，提供了一種基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制方法，包括：

3、獲取所述柔性機(jī)械臂的末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力；

4、將所述末端速度和所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力輸入至預(yù)設(shè)的未知輸入觀測器，獲得所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力估計(jì)值；

5、根據(jù)所述柔性力估計(jì)值，確定所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度估計(jì)值；

6、根據(jù)所述剛度估計(jì)值，對(duì)所述柔性機(jī)械臂進(jìn)行控制；

7、其中，所述未知輸入觀測器的表達(dá)式如下式(1)所示：

8、

9、其中，為所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的角度值的估計(jì)；w為所述未知輸入觀測器的狀態(tài)變量；為w的導(dǎo)數(shù)；u為所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力；為所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力的估計(jì)；y為所述末端速度；e為所述柔性機(jī)械臂的估計(jì)誤差；為e的導(dǎo)數(shù)為與u的非線性系統(tǒng)函數(shù)；c為所述柔性機(jī)械臂的輸出矩陣；h1、h2和dx為使估計(jì)誤差e漸進(jìn)收斂到0的參數(shù)矩陣；μ為與的維度相同的向量，且μi∈[0,1]，μi為向量μ中的第i個(gè)元素；k＝(ptdt)t且j為雅克比矩陣，d為所述柔性機(jī)械臂的傳遞矩陣；為12×12的0矩陣；g為對(duì)角矩陣，gk為g中第k行第k列的元素，dik和dkj均為dx中的元素。

10、根據(jù)本申請的第二方面，提供了一種基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制裝置，包括：

11、第一獲取模塊，用于獲取所述柔性機(jī)械臂的末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力；

12、第二獲取模塊，用于將所述末端速度和所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力輸入至預(yù)設(shè)的未知輸入觀測器，獲得所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力估計(jì)值；其中，所述位置觀測器的表達(dá)式如上式(1)所示；

13、確定模塊，用于根據(jù)所述柔性力估計(jì)值，確定所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度估計(jì)值；

14、控制模塊，用于根據(jù)所述剛度估計(jì)值，對(duì)所述柔性機(jī)械臂進(jìn)行控制。

15、根據(jù)本申請的第三方面，提供了一種柔性機(jī)械臂，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述的方法。

16、根據(jù)本申請的第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述的方法。

17、根據(jù)本申請的技術(shù)方案，通過獲取柔性機(jī)械臂的末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力，并將末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力輸入至預(yù)設(shè)的未知輸入觀測器，獲得各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力估計(jì)值，根據(jù)柔性力估計(jì)值，確定各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度估計(jì)值，根據(jù)剛度估計(jì)值，來對(duì)柔性機(jī)械臂進(jìn)行控制。也就是說，本方案可以基于設(shè)定的未知輸入觀測器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力的估計(jì)，再根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的柔性力的估計(jì)，確定各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變剛度關(guān)節(jié)的非線性抑制，提升柔性機(jī)械臂的控制精度。

18、本申請附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述未知輸入觀測器是通過以下步驟設(shè)計(jì)的：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述確定所述未知輸入觀測器具備漸進(jìn)收斂性，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述確定所述未知輸入觀測器對(duì)所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力具備可估計(jì)性，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述柔性力估計(jì)值，確定所述各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度估計(jì)值，包括：

6.一種基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制裝置，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)計(jì)模塊；所述設(shè)計(jì)模塊用于：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊具體用于：

9.一種柔性機(jī)械臂，其特征在于，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5中任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)岢鲆环N基于未知輸入觀測器的柔性機(jī)械臂控制方法及裝置，其中，方法包括：獲取柔性機(jī)械臂的末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力；將末端速度和各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的主動(dòng)力輸入至預(yù)設(shè)的未知輸入觀測器，獲得各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力估計(jì)值；根據(jù)柔性力估計(jì)值，確定各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度估計(jì)值；根據(jù)剛度估計(jì)值，對(duì)柔性機(jī)械臂進(jìn)行控制。本方案可以提高機(jī)械臂的控制精度。本方案可以基于設(shè)定的未知輸入觀測器，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的柔性力的估計(jì)，再根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的柔性力的估計(jì)，確定各個(gè)柔性關(guān)節(jié)的剛度值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變剛度關(guān)節(jié)的非線性抑制，提升柔性機(jī)械臂的控制精度。

技術(shù)研發(fā)人員：常睿,張德勝,龔斌,吳文臻,馬龍,郭琎,馬建,黃增波,張維振,榮慶豐,豐穎,趙云龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/6/30