一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法
专利汇可以提供一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了 机器人 控制领域内的一种基于扰动观测器的 并联机器人 阻抗控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立五杆并联机器人的欧拉-拉格朗日模型；步骤2，基于期望的阻抗动态模型，设计一个辅助轨迹，将阻抗控制设计问题转化为辅助轨迹的特殊 跟踪 问题；步骤3，基于五杆并联机器人的欧拉-拉格朗日模型，设计扰动观测器，估计系统中的 摩擦 力 和扰动；步骤4，基于辅助轨迹跟踪误差，设计机器人-环境交互控制，抑制/鼓励机器人的错误/正确运动；克服现有机器人阻抗控制的不足，实现阻抗误差的收敛，保证阻抗控制的 稳定性 和柔顺、安全、可靠的 人机交互 ，本发明可以用于机器人的柔顺控制。，下面是一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，建立五杆并联机器人的欧拉-拉格朗日模型；
步骤2，基于期望的阻抗动态模型，设计一个辅助轨迹，将阻抗控制设计问题转化为辅助轨迹的特殊跟踪问题；
步骤3，基于五杆并联机器人的欧拉-拉格朗日模型，设计扰动观测器，估计系统中的摩擦力和扰动；
步骤4，基于辅助轨迹跟踪误差，设计机器人-环境交互控制，抑制/鼓励机器人的错误/正确运动；
步骤5，设计阻抗控制，使得辅助轨迹跟踪误差及其一阶二阶导数收敛到零点一个小邻域，进而保证阻抗误差收敛到零点一个小邻域；
步骤6，根据仿真结果判断是否需要对参数进行调整，通过MATLAB仿真后，如果控制效果不能满足要求，返回步骤3-5继续调节参数，直到控制效果达到要求；如果控制效果满足要求，则设计结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：所述步骤1中五杆并联机器人的欧拉-拉格朗日模型为：
其中：q＝[q1 q2]T∈R2为关节角度向量； 为关节速度向量；
为关节加速度向量；M(q)∈R2×2为惯性矩阵； 表示哥氏力矩和
向心力矩；G(q)∈R2是重力矩； 表示集总不确定项，其中 表示
2 T 2
摩擦力矩，td(t)表示外界扰动；τ∈R是控制输入；τe＝J (q)fe∈R是在关节空间中的机器人-环境交互力，其中J(q)是雅可比矩阵，fe＝[fe1 fe2]T∈R2是末端交互力；
将矩阵M(q)， 和J(q)表示为：
其中：d11(q)＝m1l2c1+m3l2c3+m4l12+I1+I3，d12(q)＝d21(q)＝(m3l2lc3+m4l1lc4)cos(q2-q1)，h＝-(m3l2lc3+m4l1lc4)sin(q2-q1)，l1,l2,l3,l4分别表
示各个关节的长度，lc1,lc2,lc3,lc4表示各个关节到对应关节质心的距离，I1,I2,I4,I5为各关节惯性矩，m1,m2,m3,m4分别为各个关节的质量；
摩擦力 的模型为：
其中γi∈R,i＝1,2...6为未知的正常数，tanh为双曲正切函数；摩擦力模型具有以下优点：可以表示静摩擦力；可以表示黏性力；可以表示库伦摩擦力；具有Stribeck效应，其中摩擦系数从静摩擦系数随着原点附近的滑动速度增加而减小。
3.根据权利要求2所述的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：所述步骤2中，设期望的阻抗动态模型为：
其中：Md，Bd和Kd为正定对角矩阵，分别表示期望的惯性矩阵，期望的阻尼矩阵，期望的刚度矩阵；
设计辅助轨迹qr∈R2为qr＝qd+α，其中α是由Md-1te通过下面滤波器得到的信号：
那么，阻抗误差 可以表示为：
其中，e1＝qr-q为辅助轨迹跟踪误差，设计控制使得e1，和 收敛，可以保证阻抗误差e的收敛，使得阻抗控制设计问题转化为设计控制使得e1， 和 收敛的问题。
4.根据权利要求3所述的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：所述步骤3中，设计扰动观测器为：
其中：ko为正的观测器参数，β为辅助向量，为式(1)所描述机器人模型中集总不确定项 的估计值；
对集总不确定项的估计值求导数，可得
其中， 表示不确定项的估计误差，该误差满足：
其中，
5.根据权利要求4所述的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：所述步骤4中，设计机器人-环境交互控制为：
其中， k1为正的控制参数，tanh为双曲正切函数；当 交互力使
得机器人偏离辅助轨迹，设计φ(e2,τe)＝te可抑制机器人这个错误的运动；当交互力使得机器人跟踪辅助轨迹，设计φ(e2,te)＝0可以用来估计机器人这个正确的运动；
而 做为一个过度区域过来保证交互控制φ(e2,te)的连续性。
6.根据权利要求5所述的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法,其特征在于：所述步骤5中，设计如下阻抗控制：
其中，k2为正的控制参数。
一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
和向心力矩；G(q)∈R2是重力矩； 表示集总不确定项，其中 表
示摩擦力矩，td(t)表示外界扰动；t∈R2是控制输入；te＝JT(q)fe∈R2是在关节空间中的机器人-环境交互力，其中J(q)是雅可比矩阵，fe＝[fe1 fe2]T∈R2是末端交互力；
人这个正确的运动；而 做为一个过度区域过来保证交互控制φ(e2,te)的
连续性。
具体实施方式
向心力矩；G(q)∈R2是重力矩； 表示集总不确定项，其中 表示
2 T 2
摩擦力矩，td(t)表示外界扰动；t∈R是控制输入；te＝J (q)fe∈R是在关节空间中的机器人-环境交互力，其中J(q)是雅可比矩阵，fe＝[fe1fe2]T∈R2是末端交互力；
人这个正确的运动；而 做为一个过度区域过来保证交互控制φ(e2,te)的
连续性；
和向心力矩；因为该机器人在平面运动，所以重力矩G(q)∈R2为0；
表示集总不确定项，其中 表示摩擦力矩，td(t)表示外界扰动；t∈R2是控制输入；te＝JT(q)fe∈R2是在关节空间中的机器人-环境交互力，其中J(q)是雅可比矩阵，fe＝[fe1 fe2]T∈R2是末端交互力。矩阵M(q)， 和J(q)可表示为：
2 2
lc1＝0.1m,lc2＝lc4＝0.2m,lc3＝0.25m，各关节惯性矩为：I1＝0.1kg.m ,I2＝I4＝0.2kg.m ,I3＝0.3kg.m2，各个关节的质量分别为：m1＝0.5kg,m2＝m4＝1kg,m3＝1.5kg；
人这个正确的运动；而 做为一个过度区域用来保证交互控制φ(e2,te)的
连续性。
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