[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

说明书

本发明公开了机器人控制领域内的一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法，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；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；克服现有机器人阻抗控制的不足，实现阻抗误差的收敛，保证阻抗控制的稳定性和柔顺、安全、可靠的人机交互，本发明可以用于机器人的柔顺控制。

技术领域

本发明涉及一种机器人控制方法，特别涉及一种并联机器人阻抗控制方法。

背景技术

目前，并联机器人具有刚度高、结构紧凑、承载能力大、动态响应好等优点，在工业和服务业具有非常重要的应用价值。在机器人执行磨削、搬运、装配、康复、手术等任务时，机器人与环境(人或被操作物)直接接触，过大的接触力容易损坏机器人或给环境带来伤害。因此，机器人在进行接触性作业时，需要具备一定的柔顺性，这对机器人的控制系统提出了更高的要求。阻抗控制是Hogan于1985年提出的一种主动柔顺控制方法，意在期望轨迹跟踪误差与人机交互力之间建立-弹簧-阻尼动态系统，已成为人机交互中最重要的柔顺控制方法。因此，为并联机器人设计有效的阻抗控制具有重要的价值。在机器人动力学模型中，系统的不确定性和干扰总是存在的，且阻抗误差对模型的不确定项比较敏感，而阻抗误差的收敛对阻抗控制的稳定性和成功实现人机交互的柔顺性、安全性和可靠性至关重要。

现有技术中公开了公布号为：CN102306029A，公布日期为：2012-01-04的本发明公开了一种基于康复训练机器人的阻抗自适应的运动控制方法，其特征在于，由在线辨识器根据力传感器和位置传感器采集得到的患肢的作用力和位置计算出患肢的等效质量参数Mh、等效阻尼参数Bh和等效刚度参数Kh，再利用这些参数的变化量ΔMh、ΔBh及ΔKh，对比例-微分-积分控制器的比例系数KP，积分系数KI和微分系数KD进行修正，比例-微分-积分控制器输出的电机功率信号转变成力矩电机的驱动信号，用于控制力矩电机的工作。该控制方法可提高康复训练机器人的控制柔顺性和安全性。但是该控制方法不能保证带有不确定项的机器人的阻抗误差收敛到零点或零点的小领域，不能保证阻抗控制的稳定性和有效性，无法克服现有机器人阻抗控制的不足，不能实现阻抗误差的收敛以及阻抗控制的稳定性和柔顺、安全、可靠的人机交互。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法，克服现有机器人阻抗控制的不足，实现阻抗误差的收敛，保证阻抗控制的稳定性和柔顺、安全、可靠的人机交互。

为了实现上述目的，本发明提供了种基于扰动观测器的并联机器人阻抗控制方法，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；

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，结合上述步骤，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。