[发明专利]基于快速终端滑模的遥操作机器人固定时间控制方法

说明书

本发明涉及遥操作机器人同步控制技术领域，具体公开了一种基于快速终端滑模的遥操作机器人固定时间控制方法包括分别选取主机器人和从机器人组成遥操作系统，并分别测量主机器人和从机器人的系统参数，在线测量主机器人和从机器人的位置信息，并得到主机器人和从机器人的速度信息，设计快速终端滑模面，基于设计的快速终端滑模面，利用主机器人和从机器人的系统参数设计自适应固定时间控制器，利用李雅普诺夫方程给出参数自适应律、控制器参数及滑模面参数与系统收敛时间的关系式，从而根据实际应用对系统收敛时间的要求以及系统参数与系统收敛时间的关系式来确定控制器参数和滑模面参数。本发明弥补了现有遥操作机器人系统控制方法在控制速度和控制精度上的不足。

技术领域

本发明涉及遥操作机器人同步控制技术领域，尤其涉及一种基于快速终端滑模的遥操作机器人固定时间控制方法。

背景技术

遥操作系统主要由操作者、主机器人、网络传输通道、从机器人和远处的外界环境组成。其工作模式大致为：操作者对本地主机器人进行操作，并将运动指令通过计算机网络等传输媒介传送给从机器人，从机器人按照接收到的命令，在特定环境下模拟主机器人的行为从而完成各种工作，同时从机器人的工作状态将反馈给操作者，便于操作者根据从机器人的状态做出正确的决策。遥操作系统的控制面临很大的挑战，一方面由于机器人本身为复杂的非线性系统，另一方面遥操作系统大多应用于复杂的人类无法或不适合接触的环境。但是由于实际应用如远程手术，海底探测，外空探测和危险环境救援的需要，对遥操作系统的控制性能：快速性，准确性和鲁棒性都提出了更高的要求。因此迫切需要提出新的控制策略来保证遥操作机器人系统满足实际应用提出的高性能要求。

针对系统的不确定和外界干扰，滑模控制提供了很好的控制效果。而终端滑模的出现，不但保留了传统线性滑模的优点，另外其抗干扰性更强，系统收敛更快，精度更高，而且能提供有限时间的收敛。但是典型的终端滑模存在奇异值问题，而且对其收敛时间的计算依赖于系统的初始状态。在实际中大多时候系统的初始状态并不容易获得。这使得有限时间控制方法在实际中很难得到广泛的应用。另外在考虑终端滑模控制中系统的不确定问题一直是一个难点。很少有相关文献分析机器人系统在存在系统不确定时的有限时间控制问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于快速终端滑模的遥操作机器人固定时间控制方法，以弥补现有遥操作机器人系统的控制方法的不足。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于快速终端滑模的遥操作机器人固定时间控制方法，包括以下步骤：

S1.分别选取主机器人和从机器人组成遥操作系统，并分别测量主机器人和从机器人的系统参数；

S2.在线测量主机器人和从机器人的位置信息，并得到主机器人和从机器人的速度信息，设计快速终端滑模面；

S3.基于设计的快速终端滑模面，利用主机器人和从机器人的系统参数设计自适应固定时间控制器；

S4.利用李雅普诺夫方程给出参数自适应律、控制器参数及滑模面参数与系统收敛时间的关系式，进而根据实际应用对系统收敛时间的要求以及系统参数与系统收敛时间的关系式来确定控制器参数和滑模面参数，从而最终完成整个自适应固定时间控制器的设计。

优选地，对于机械臂系统，所述步骤S1中的系统参数包括：杆的长度和质量信息，以及根据杆的长度和质量信息分别计算出的主机器人和从机器人的惯性矩阵、哥氏力、离心力矩阵、雅可比矩阵和重力项。

优选地，主机器人和从机器人的惯性矩阵、哥氏力、离心力矩阵和重力项的计算均基于任务空间，需利用雅可比矩阵及其逆进行计算，

基于关节空间的动力学模型为