本發(fā)明涉及多機(jī)械臂系統(tǒng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著機(jī)器人和人工智能技術(shù)的興起，機(jī)械臂在工業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代醫(yī)療和太空探索等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在多機(jī)械臂系統(tǒng)控制領(lǐng)域，傳統(tǒng)的控制方法主要包括pid控制、滑模控制、模糊邏輯控制以及基于模型預(yù)測控制。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，方式一采用滑?？刂疲？刂埔蚱淞己玫聂敯粜院蛯?duì)參數(shù)不確定性的容忍度而受到青睞，它通過設(shè)計(jì)一個(gè)滑模面，使系統(tǒng)狀態(tài)迅速收斂到該面上并沿面滑動(dòng)，從而達(dá)到控制目的。方式二采用基于模型預(yù)測控制的方案，它根據(jù)系統(tǒng)模型預(yù)測未來的狀態(tài)并優(yōu)化控制序列，以最小化成本函數(shù)，它能夠處理約束條件，且易于擴(kuò)展到多輸入多輸出系統(tǒng)。

3、但是，滑?？刂坪突谀Ｐ皖A(yù)測控制方法在多機(jī)械臂系統(tǒng)控制中因缺乏抗干擾能力及協(xié)同作業(yè)能力，導(dǎo)致精度不足，無法實(shí)現(xiàn)多機(jī)械臂系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例提供一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中，存在無法實(shí)現(xiàn)多機(jī)械臂系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：構(gòu)建由一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)械臂通過信息交互方式領(lǐng)導(dǎo)多個(gè)跟隨者機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的非線性系統(tǒng)；在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)每個(gè)機(jī)械臂使用復(fù)合擾動(dòng)觀測器估計(jì)每個(gè)機(jī)械臂的復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)；對(duì)每個(gè)機(jī)械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個(gè)機(jī)械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)；根據(jù)復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，所述一致性跟蹤控制用于表示所有機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)一致性運(yùn)動(dòng)。

3、進(jìn)一步地，所述獲得每個(gè)機(jī)械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差，具體步驟包括：

4、對(duì)每個(gè)機(jī)械臂使用局部狀態(tài)觀測器

5、

6、定義局部狀態(tài)觀測誤差為

7、其中，n表示跟隨者機(jī)械臂的個(gè)數(shù)，i表示第i個(gè)跟隨者機(jī)械臂，是狀態(tài)xi的估計(jì)，是狀態(tài)觀測器的輸出，ui∈rp是控制輸入，k∈rn×q是增益矩陣，使得a+kc為赫爾維茨hurwitz矩陣；θi(t)表示輸入時(shí)延，并滿足θi(t)＝t-τi(t)，τi(t)是非統(tǒng)一時(shí)變輸入時(shí)延；表示不確定外部擾動(dòng)；和分別是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩陣和激活函數(shù)，a∈rn×n，b∈rn×p，c∈rq×n是常數(shù)矩陣；

8、對(duì)每個(gè)機(jī)械臂使用分布式觀測器

9、

10、其中，表示領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)的估計(jì)，表示分布式觀測器的輸出，λ∈rq×n是增益矩陣，ei是一致性跟蹤誤差，公式為：

11、

12、定義分布式觀測誤差為

13、其中，x0是領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)，j表示智能體j索引；ni表示智能體i的鄰域智能體；aij表示智能體i與智能體j之間通信權(quán)重；bi表示智能體i與領(lǐng)導(dǎo)者之間通信權(quán)重；y0表示領(lǐng)導(dǎo)者輸出。

14、進(jìn)一步地，所述根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)，具體步驟包括：

15、獲取局部狀態(tài)觀測誤差以及分布式觀測誤差

16、根據(jù)兩種誤差得出

17、當(dāng)時(shí)間t趨于無限時(shí)，得出且確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)。

18、進(jìn)一步地，所述實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，具體步驟包括：

19、通過復(fù)合擾動(dòng)觀測器、局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器將非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制問題轉(zhuǎn)換為分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型；

20、所述非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型，公式為：

21、

22、其中，不確定外部擾動(dòng)；局部狀態(tài)觀測誤差；是估計(jì)誤差，和分別是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矩陣和激活函數(shù)，表示領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)的估計(jì)；a∈rn×n，b∈rn×p，c∈rq×n是常數(shù)矩陣，k∈rn×q，λ∈rq×n是增益矩陣；ei是一致性跟蹤誤差；ui∈rp是控制輸入；θi表示輸入時(shí)延；誤差信息，跟隨者狀態(tài)狀態(tài)估計(jì)，表示領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)估計(jì)；

23、根據(jù)非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型構(gòu)建控制器，所述控制器能夠?qū)崿F(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制模型；

24、所述控制器，公式為：

25、

26、其中，ui∈rp是控制輸入；γi＝-btpi，pi是正定矩陣；ei是一致性跟蹤誤差；a∈rn×n是常數(shù)矩陣；是輸入延時(shí)邊界為已知常數(shù)；誤差信息，跟隨者狀態(tài)估計(jì)，領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)估計(jì)。

27、本發(fā)明實(shí)施例提供一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括：

28、系統(tǒng)構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建由一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者機(jī)械臂通過信息交互方式領(lǐng)導(dǎo)多個(gè)跟隨者機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的非線性系統(tǒng)；控制設(shè)計(jì)模塊，用于在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)每個(gè)機(jī)械臂使用復(fù)合擾動(dòng)觀測器估計(jì)每個(gè)機(jī)械臂的復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)；對(duì)每個(gè)機(jī)械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個(gè)機(jī)械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)；控制系統(tǒng)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，所述一致性跟蹤控制用于表示所有機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)一致性運(yùn)動(dòng)。

29、本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器和處理器；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法。

30、本發(fā)明實(shí)施例提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法。

31、本發(fā)明實(shí)施例提供一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果如下：

32、復(fù)合擾動(dòng)觀測器、局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器統(tǒng)稱為自適應(yīng)觀測器，自適應(yīng)觀測器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和補(bǔ)償機(jī)械臂在受控制運(yùn)行的過程中，因外部干擾引起的控制誤差，避免了控制信號(hào)的劇烈波動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)多機(jī)械臂系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)特征：

1.一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述獲得每個(gè)機(jī)械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差，具體步驟包括：

3.如權(quán)利要求1所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)，具體步驟包括：

4.如權(quán)利要求1所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述實(shí)現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，具體步驟包括：

5.一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器和處理器；

7.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)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1～4中任一項(xiàng)所述的一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多機(jī)械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，涉及多機(jī)械臂系統(tǒng)控制領(lǐng)域，包括：在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)每個(gè)機(jī)械臂使用復(fù)合擾動(dòng)觀測器估計(jì)每個(gè)機(jī)械臂的復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)；對(duì)每個(gè)機(jī)械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個(gè)機(jī)械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個(gè)機(jī)械臂一致有界狀態(tài)；根據(jù)復(fù)合擾動(dòng)狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)械臂系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：趙秀娟,謝孔昊,郎長勝,楊凡,萬博洋,張正,唐靖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西科技師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19