[发明专利]一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法

权利要求书

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；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)∈R^2×2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，其中表示摩擦力矩，τ_d(t)表示外界扰动；τ∈R²是控制输入；τ_e＝J^T(q)f_e∈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，f_e＝[f_e1 f_e2]^T∈R²是末端交互力；

将矩阵M(q)，和J(q)表示为：

其中：d₁₁(q)＝m₁l²_c1+m₃l²_c3+m₄l₁²+I₁+I₃，d₁₂(q)＝d₂₁(q)＝(m₃l₂l_c3+m₄l₁l_c4)cos(q₂-q₁)，h＝-(m₃l₂l_c3+m₄l₁l_c4)sin(q₂-q₁)，l₁,l₂,l₃,l₄分别表示各个关节的长度，l_c1,l_c2,l_c3,l_c4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γ_i∈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；

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。