CN115107036A - 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法 - Google Patents

一种机器人自适应连续终端滑模控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115107036A
CN115107036A CN202210881210.0A CN202210881210A CN115107036A CN 115107036 A CN115107036 A CN 115107036A CN 202210881210 A CN202210881210 A CN 202210881210A CN 115107036 A CN115107036 A CN 115107036A
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
adaptive
mode control
matrix
terminal sliding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210881210.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张靖棋
韩峰涛
庹华
于文进
张雷
杨春卫
姜鼎盛
刘超从
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rokae Inc
Original Assignee
Rokae Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rokae Inc filed Critical Rokae Inc
Priority to CN202210881210.0A priority Critical patent/CN115107036A/zh
Publication of CN115107036A publication Critical patent/CN115107036A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明提出了一种机器人自适应连续终端滑模控制方法，包括：步骤S1，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人动力学模型中，得到动力学矩阵；步骤S2，将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数；步骤S3，将得到的自适应一阶导数进行积分运算；步骤S4，将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令；步骤S5，将所述力矩指令输入到机器人对应的关节中，实现控制。

Description

一种机器人自适应连续终端滑模控制方法
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种机器人自适应连续终端滑模控制方法。
背景技术
随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，以进一步提高生产效率和产品质量，因此高速、高精度成为目前机器人控制的发展趋势。
但是目前机器人控制还面临着一些重要挑战，因为机器人是一个强非线性，强时变性，强耦合系统，且在系统建模过程中有很多的不确定性，如外部扰动，系统参数的建立和变化等。
目前机器人主要采用单关节伺服传统三环串级PI控制方法。该方法是目前使用最普遍的控制方法，无需控制模型，通过纠正偏差达到指令目标。但是由于存在饱和，及单关节能力达到最大限度，在控制过程中存在强非线性。此非线性会造成反应速度的下降，期望外的过度过程，甚至影响系统的稳定性。且终端滑模控制在实际应用中需要不确定性和扰动的上限，但在实际过程中不易获得。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种机器人自适应连续终端滑模控制方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种机器人自适应连续终端滑模控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人动力学模型中，得到动力学矩阵；
步骤S2，将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数；
步骤S3，将得到的自适应一阶导数进行积分运算；
步骤S4，将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令；
步骤S5，将所述力矩指令输入到机器人对应的关节中，针对不同的关节实现控制。
进一步，在所述步骤S1中，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人机器人动力学模型中，得到动力学矩阵：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
惯性矩阵，
Figure 464703DEST_PATH_IMAGE002
科氏力矩阵，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
重力矩阵。
进一步，在所述步骤S2中，所述将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数，包括：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
并且：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
其中:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
Figure 614799DEST_PATH_IMAGE018
为目标位置，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
为位置反馈，
Figure 332219DEST_PATH_IMAGE020
为位置跟踪误差；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
为目标速度，
Figure 648800DEST_PATH_IMAGE022
为速度反馈，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
为速度跟踪误差；
Figure 400855DEST_PATH_IMAGE024
为奇正数，可调参数；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
为正常数，可调参数；
Figure 223318DEST_PATH_IMAGE026
为可调参数。
进一步，在所述步骤S3中，所述将得到的自适应一阶导数进行积分运算，包括：将
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
进行积分运算，得到
Figure 677302DEST_PATH_IMAGE028
。
进一步，在所述步骤S4中，所述将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令，包括：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
其中：
Figure 548306DEST_PATH_IMAGE030
,为可调参数。
根据本发明实施例的机器人自适应连续终端滑模控制方法，用于提升系统的稳定性和响应速度，并通过自适应的方式避免不确定性和扰动上限的确定。本发明通过终端滑模控制提升了系统的稳定性和响应速度。通过自适应算法优化了终端滑模控制需要了解不确定性和扰动上限的难点。本发明综合后显著提高了系统的响应速度和带宽。本发明设计应用于机器人的终端滑模控制，通过自适应算法优化了终端滑模控制需要了解不确定性和扰动上限的难点。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的机器人自适应连续终端滑模控制方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的工业机器人框架图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例的机器人自适应连续终端滑模控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人动力学模型中，得到动力学矩阵。
在本步骤中，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人机器人动力学模型中，得到动力学矩阵：
Figure 217185DEST_PATH_IMAGE001
惯性矩阵，
Figure 397499DEST_PATH_IMAGE002
科氏力矩阵，
Figure 151829DEST_PATH_IMAGE003
重力矩阵。
步骤S2，将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数。
具体的，将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数，包括：
Figure 826524DEST_PATH_IMAGE005
Figure 349909DEST_PATH_IMAGE007
Figure 779753DEST_PATH_IMAGE009
并且：
Figure 942750DEST_PATH_IMAGE011
其中:
Figure 217874DEST_PATH_IMAGE013
Figure 799028DEST_PATH_IMAGE015
Figure 134194DEST_PATH_IMAGE017
Figure 50066DEST_PATH_IMAGE018
为目标位置，
Figure 128881DEST_PATH_IMAGE019
为位置反馈，
Figure 626858DEST_PATH_IMAGE020
为位置跟踪误差；
Figure 336188DEST_PATH_IMAGE021
为目标速度，
Figure 286827DEST_PATH_IMAGE022
为速度反馈，
Figure 90703DEST_PATH_IMAGE023
为速度跟踪误差；
Figure 177608DEST_PATH_IMAGE024
为奇正数，可调参数；
Figure 120156DEST_PATH_IMAGE025
为正常数，可调参数；
Figure 745042DEST_PATH_IMAGE026
为可调参数。
步骤S3，将得到的自适应一阶导数进行积分运算。
具体的，将得到的自适应一阶导数进行积分运算，包括：将
Figure 165659DEST_PATH_IMAGE027
进行积分运算，得到
Figure 638228DEST_PATH_IMAGE028
。
步骤S4，将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令。
具体的，将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令，包括：
Figure 423782DEST_PATH_IMAGE029
其中：
Figure 349012DEST_PATH_IMAGE030
,为可调参数。
步骤S5，将力矩指令输入到机器人对应的关节中，针对不同的关节实现控制。
根据本发明实施例的机器人自适应连续终端滑模控制方法，用于提升系统的稳定性和响应速度，并通过自适应的方式避免不确定性和扰动上限的确定。本发明通过终端滑模控制提升了系统的稳定性和响应速度。通过自适应算法优化了终端滑模控制需要了解不确定性和扰动上限的难点。本发明综合后显著提高了系统的响应速度和带宽。本发明设计应用于机器人的终端滑模控制，通过自适应算法优化了终端滑模控制需要了解不确定性和扰动上限的难点。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种机器人自适应连续终端滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人动力学模型中，得到动力学矩阵；
步骤S2，将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数；
步骤S3，将得到的自适应一阶导数进行积分运算；
步骤S4，将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令；
步骤S5，将所述力矩指令输入到机器人对应的关节中，针对不同的关节实现控制。
2.如权利要求1所述的机器人自适应连续终端滑模控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将机器人实际位置反馈和速度反馈输入到机器人机器人动力学模型中，得到动力学矩阵：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
惯性矩阵，
Figure 899401DEST_PATH_IMAGE002
科氏力矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
重力矩阵。
3.如权利要求1所述的机器人自适应连续终端滑模控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述将得到的动力学矩阵传入到自适应模块中，得到自适应参数的一阶导数，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE009
并且：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中:
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure 131537DEST_PATH_IMAGE018
为目标位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为位置反馈，
Figure 87991DEST_PATH_IMAGE020
为位置跟踪误差；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为目标速度，
Figure 687469DEST_PATH_IMAGE022
为速度反馈，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为速度跟踪误差；
Figure 387572DEST_PATH_IMAGE024
为奇正数，可调参数；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为正常数，可调参数；
Figure 569154DEST_PATH_IMAGE026
为可调参数。
4.如权利要求3所述的机器人自适应连续终端滑模控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述将得到的自适应一阶导数进行积分运算，包括：将
Figure DEST_PATH_IMAGE027
进行积分运算，得到
Figure 945778DEST_PATH_IMAGE028
。
5.如权利要求4所述的机器人自适应连续终端滑模控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述将积分运算结果传输到终端滑模控制模块中，得到控制力矩指令，包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
其中：
Figure 766972DEST_PATH_IMAGE030
,为可调参数。
CN202210881210.0A 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法 Pending CN115107036A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210881210.0A CN115107036A (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210881210.0A CN115107036A (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115107036A true CN115107036A (zh) 2022-09-27

Family

ID=83333954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210881210.0A Pending CN115107036A (zh) 2022-07-26 2022-07-26 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115107036A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018023201A1 (zh) * 2016-08-03 2018-02-08 孟强 一种自适应终端滑模控制方法
CN112241124A (zh) * 2020-10-27 2021-01-19 南昌大学 一种自适应反演积分非奇异快速终端滑模控制器设计方法
US20220088786A1 (en) * 2020-07-24 2022-03-24 Yanshan University Fractional Order Sliding Mode Synchronous Control Method For Teleoperation System Based On Event Trigger Mechanism
US20220152837A1 (en) * 2019-04-16 2022-05-19 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Adaptive robotic nursing assistant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018023201A1 (zh) * 2016-08-03 2018-02-08 孟强 一种自适应终端滑模控制方法
US20220152837A1 (en) * 2019-04-16 2022-05-19 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Adaptive robotic nursing assistant
US20220088786A1 (en) * 2020-07-24 2022-03-24 Yanshan University Fractional Order Sliding Mode Synchronous Control Method For Teleoperation System Based On Event Trigger Mechanism
CN112241124A (zh) * 2020-10-27 2021-01-19 南昌大学 一种自适应反演积分非奇异快速终端滑模控制器设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109564406B (zh) 一种自适应终端滑模控制方法
CN108303885B (zh) 一种基于干扰观测器的电机位置伺服系统自适应控制方法
CN108628172B (zh) 一种基于扩张状态观测器的机械臂高精度运动控制方法
CN110687870B (zh) 基于非线性扩张状态观测器的机械臂跟踪控制器及系统
CN108489015B (zh) 基于极点配置和帕德近似的空调系统温度控制方法
JPH0549284A (ja) 同期形交流サーボモータの速度制御方法
CN110936374B (zh) 一种柔性双关节机械臂命令滤波反步控制方法
CN105372987A (zh) 一种位置伺服闭环控制系统及其使用方法
CN108983595B (zh) 一种前馈控制器参数的自动整定方法
CN110336484B (zh) 一种压电陶瓷迟滞非线性的多项式拟合修正方法
CN112769364A (zh) 一种直流电机伺服系统的快速自适应抗扰控制方法
JPS615302A (ja) マニピユレ−タの制御装置
CN115107035B (zh) 一种机器人单关节人工免疫系统监控的混合控制方法
CN105549385B (zh) 多变量时滞非最小相位非方系统的解耦内模控制器、控制系统和控制方法
CN115107036A (zh) 一种机器人自适应连续终端滑模控制方法
CN115026845B (zh) 一种机器人单关节混合控制方法
CN113664830B (zh) 基于模型预测阻抗控制的双机器人同步加工方法及系统
JPS63262703A (ja) 制御系の汎用性時間差比較補償方法及び装置
CN114932561B (zh) 一种机器人单关节位置控制方法
JPS60263206A (ja) マニピユレ−タの制御装置
JP2002091570A (ja) サーボ制御方法
CN109308008B (zh) 具有异常应对能力的自抗扰控制装置
CN115488882A (zh) 一种机器人单关节电压控制方法
CN114888797B (zh) 一种基于参考轨迹实时修正的机器人轨迹跟踪控制方法
JPH0475113A (ja) 制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20220927