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专利号: 2025108670461
申请人: 烟台大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于自适应时延估计的绳驱动机械臂轨迹跟踪控制方法,其特征在于,所述方法包括:步骤101,建立n自由度的机械臂动力学方程:根据如下公式,建立n自由度的机械臂动力学方程:式中,为机械臂关节的位置矢量,为机械臂关节的位置矢量关于时间的一阶导数,为机械臂关节的位置矢量关于时间的二阶导数,是惯性矩阵,为向心力和哥氏力矢量,是重力矢量,是库伦摩擦力与粘性摩擦力矢量,为外干扰力矢量,为机械臂各关节控制器的广义输出向量;

步骤102,确定自适应时延估计项,包括:根据如下公式,改写机械臂动力学方程:

式中,为机械臂各关节控制器的广义输出向量,N为自适应控制参数,,为机械臂关节的位置矢量,为机械臂关节的位置矢量关于时间的一阶导数,为机械臂关节的位置矢量关于时间的二阶导数,是惯性矩阵,为向心力和哥氏力矢量,是重力矢量,是库伦摩擦力与粘性摩擦力矢量;

对进行自适应时延估计,确定自适应时延估计项:式中,表示时刻的值,表示时刻的值,为时刻机械臂关节的位置矢量关于时间的一阶导数,为采样周期;

步骤103,根据自适应时延估计项和滑膜面,确定自适应时延估计控制器:根据如下公式,定义滑膜面:

式中和为常数控制参数,,表示机械臂关节的期望转角与实际转角之间的控制误差,为对于时间的导数,表示控制误差在初始时刻的值,表示在初始时刻的值,其中,为机械臂跟踪期望轨迹,为对时间的一阶导数;

根据自适应时延估计项和滑膜面,确定自适应时延估计控制器,包括:控制机械臂跟踪期望轨迹运动并记录轨迹跟踪误差,将记录得到的轨迹跟踪误差记为;

根据如下公式,得到具有固定增益的自适应时延估计控制器:式中,为对时间的二阶导数,为对于时间的导数,,将的所有数据按从小到大的顺序进行排序,取最小的25%数据的均值作为,取最大的25%数据的均值作为;

步骤104,基于自适应时延估计控制器,对机械臂进行轨迹跟踪控制。

2.根据权利要求1所述的基于自适应时延估计的绳驱动机械臂轨迹跟踪控制方法,其特征在于,所述方法还包括:根据如下公式,对所确定的自适应控制参数进行动态调整:式中,表示N的最大变化率,R>0;

选取在无干扰情况下能使机械臂正常工作的N的最小值,将该值作为参数N的动态调整参考值,记为;选取在无干扰情况下测量能使机械臂正常工作的N的最大值,取该数值的阈值比例作为N的最大允许值,记为,根据如下公式,计算:。

3.根据权利要求2所述的基于自适应时延估计的绳驱动机械臂轨迹跟踪控制方法,其特征在于,引入动态调整后的自适应时延估计控制器为:。

4.根据权利要求3所述的基于自适应时延估计的绳驱动机械臂轨迹跟踪控制方法,其特征在于,所述方法还包括:对所述引入动态调整后的自适应时延估计控制器进行稳定性分析,具体包括:根据如下公式(1),设置变量P:

改写公式(1)得到公式(2):

将引入动态调整后的自适应时延估计控制器改写为如下形式,得到公式(3):根据所改写的机械臂动力学方程和改写后的引入动态调整后的自适应时延估计控制器得出公式(4):确定时延估计的误差为;

将、对进行求导得到的代入,得到如下公式(5):选取如下李雅普诺夫函数公式(6),对进行稳定性分析:李雅普诺夫函数公式(6)对时间求导得到如下公式(7):将公式(3)中的第四式代入公式(7)中,得到公式(8):将公式(5)代入公式(8)中,得到公式(9):通过的定义式,对公式(9)进行转化得到公式(10):其中,的定义式为:

根据,得到公式(11):

根据,得到公式(12):

当时,机械臂与自适应时延估计控制器组成的系统是渐近稳定的,收敛;

当时,,其中,是矩阵的第i个特征值,表示m阶单位矩阵;时延估计的误差D有界,并进一步得出是有界的;

在所述根据自适应时延估计项和滑膜面,确定自适应时延估计控制器之后,所述方法还包括:对所述自适应时延估计控制器进行稳定性验证。