恭喜江蘇大學高國琴獲國家專利權
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龍圖騰網恭喜江蘇大學申請的專利一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN114879491B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-06發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202210370894.8,技術領域涉及:G05B13/04;該發明授權一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法是由高國琴;秦秋月設計研發完成,并于2022-04-08向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法。針對并聯機器人,建立含建模誤差、機構關節摩擦與外部干擾等集總干擾項的動力學模型;其次,設計具有自適應切換增益的并聯機器人動力學滑模控制器,通過針對其切換增益設計制約函數自適應律,以突破需獲取干擾上界信息限制,使系統能夠快速克服干擾作用,并削弱滑模控制抖振;然后,設計具有自適應帶寬增益的擴張狀態觀測器,以突破需干擾項變化率為零條件限制,減小初始觀測誤差峰值,實現對干擾的實時估計和補償,從而降低滑模控制器負擔,進一步提高系統魯棒性并削弱滑模控制抖振。本發明能夠提高并聯機器人系統抗擾性能,并使滑模控制抖振明顯減小,實現并聯機器人高魯棒性運動控制。
本發明授權一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法在權利要求書中公布了:1.一種并聯機器人雙自適應高魯棒性控制方法,其特征在于,包括如下步驟:1針對并聯機器人,進行運動學分析,并建立含并聯機器人建模誤差、機構關節摩擦與外部干擾的集總干擾項的動力學模型;2根據實際生產工藝要求,確定并聯機器人末端位姿的期望運動軌跡;3基于步驟1所建立的并聯機器人動力學模型,設計一種具有自適應切換增益的并聯機器人動力學滑模控制器,通過針對其切換增益設計制約函數自適應律,以突破需獲取干擾上界信息限制,使并聯機器人系統能夠快速克服干擾作用,并削弱滑模控制抖振;4基于步驟3,設計一種具有自適應帶寬增益的擴張狀態觀測器,以突破需干擾項變化率為零條件限制,減小觀測值的初始觀測誤差峰值,實現對并聯機器人系統干擾的實時估計和補償,從而降低滑模控制器克服系統干擾的負擔,進一步提高系統魯棒性,并進一步削弱滑模控制抖振;5基于“上位機+下位機”的分布式結構構建并聯機器人雙自適應高魯棒性控制系統,上位機為計算機,下位機為多軸運動控制器;6將計算所得的并聯機器人各主動關節控制量發送至各個電機驅動器,使并聯機器人按期望軌跡運動;所述步驟3具體過程為:采用Lagrange法建立含并聯機器人建模誤差、機構關節摩擦與外部干擾的集總干擾項的動力學模型為: 式中,分別為并聯機器人各主動關節的位姿、速度和加速度;為含并聯機器人建模誤差、機構關節摩擦與外部干擾的集總干擾項,分別為名義慣性矩陣,名義哥氏力和離心力項,名義重力項;ΔMx∈Rn×n,ΔGx∈Rn為模型誤差;且有Ft∈Rn為摩擦力項,τd是外部干擾項,τ為主動關節驅動力力矩;令 式中,分別為并聯機器人末端位姿的位姿誤差、速度誤差;分別為并聯機器人末端位姿的期望位姿與速度;由式2設計滑模面: 式中,η=diagη1,η2,…,ηn,η1,η2,…,ηn均為可調參數,滿足Hurwitz穩定判據;將式3滑模面兩端對時間進行求導得: 式中,分別為并聯機器人末端位姿實際加速度與期望加速度;選取趨近律為: 式中,λ=diagλ1,λ2,…,λn;針對式5,設計一種調整并聯機器人動力學滑模控制切換增益λ的制約函數自適應律如下: 式中,λat和λbSt分別為在和時刻切換增益λ的取值,均為可調參數,t為滿足不等式的最小解,其中ε是與動力學滑模變量收斂的鄰域有關的可調參數,通過Lyapunov穩定性分析可得滑模變量有限的收斂時間;結合式1、3、5、6,整理得到具有自適應切換增益的并聯機器人動力學滑模控制律為: 所述步驟4的具體過程為:定義 式中,為并聯機器人末端位姿速度;τ為主動關節驅動力力矩;D為并聯機器人集總干擾項;τa、α1與α2為定義的輔助變量;G為重力項;C為哥氏力和離心力項;根據式1,設計一種并聯機器人能夠突破需干擾項變化率為零條件限制的擴張狀態觀測器如下: 式中,ea為并聯機器人末端位姿速度實際值與觀測值的誤差;M為慣性矩陣;ζ1=diag2ω0,2ω0,…,2ω0,ζ2=diagω02,ω02,…,ω02;ω0為與觀測器增益有關的可調常數;分別為α1,α2的觀測值,且有根據跟蹤誤差e設計擴張狀態觀測器帶寬增益自適應律如下: 式中,為在系統可接受誤差范圍內的可調參數;分別為觀測器增益的下限和上限,其中參數ω0從到的過渡過程可表示為 式中,tt為可調的過渡時間,t1為滿足誤差條件時,系統對應的時刻點;通過設計上述帶寬增益自適應律,并對tt的合理選取能夠保證自適應帶寬增益擴張狀態觀測器對集總干擾項的觀測精度且減小觀測值的初始觀測誤差峰值;將式9中對并聯機器人動力學模型中集總干擾項估計值代入式7,可得并聯機器人雙自適應高魯棒性控制律為:τ=τ1+τ213式中,τ1為并聯機器人自適應切換增益動力學滑模控制器部分控制量,τ2為自適應帶寬增益擴張狀態觀測器對集總干擾項的補償量,有
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