[发明专利]一种刚性仿人机械手多速率采样协调控制方法

说明书

本发明涉及一种刚性仿人机械手多速率采样协调控制方法，首先搭建仿人机械手运动系统，使用中立II型T‑S模糊方法去建立刚性仿人机械手的非线性动态系统。考虑到每根仿人机械手指的采样速度不一致；仿人机械手指的驱动电机响应速度与采样速度不一致；相邻采样时间序列的采样信息并无明显的变化，造成不必要的计算导致硬件资源的浪费。针对这三个方面问题设计多速率采样事件触发模糊控制器，使得仿人机械手指协调抓取并实现稳定工作。本发明设计一种刚性仿人机械手结构设计及多速率采样协调控制方法，该方法考虑以上三个真实的工况，设计的多速率采样事件触发模糊控制器可以使得仿人机械手运动系统实现稳定工作，具有广阔的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是一种刚性仿人机械手多速率采样协调控制方法。

背景技术

机器人可代替或协助人类完成各种艰苦或危险的工作，对其研发就显得非常重要。仿人机械手直接作用于目标物体，它的稳定可靠工作是研发机器人的关键。为了实现灵活的抓取，仿人的多个机械手指驱动力是独立的。然而负载是公共的，也就是意味着多个手指之前的负载传递是耦合的。在这种情况下传统的单一运动系统的控制方法已经无法适用，必须寻求新的多运动体协调控制策略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种刚性仿人机械手多速率采样协调控制方法，能够使得仿人机械手指协调抓取并实现稳定工作。

本发明采用以下方案实现：一种刚性仿人机械手多速率采样协调控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：搭建仿人机械手运动系统；

步骤S2：根据物理学原理以及中立II型T-S模糊模型的表达方法，建立仿人机械手的非线性动态系统；

步骤S3：考虑到每根仿人机械手指的采样速度不一致、仿人机械手指的驱动电机响应速度与采样速度不一致、相邻采样时间序列的采样信息并无明显的变化造成不必要的计算导致硬件资源的浪费这三个问题，设计多速率采样事件触发模糊控制器，使得仿人机械手指协调抓取并实现稳定工作。

进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：建立刚性仿人机械手动力学模型，如公式(1)所示：

式中，i表示第i个仿人机械手，其中N是仿人机械手指的个数；是仿人机械手的速度，是广义惯量矩阵，是广义速度二次型矩阵，τ_i(t)是广义驱动力，J_i是雅克比矩阵，F_e(i)是负载力；

步骤S12：考虑到公共的负载力F_e是由多个仿人机械手指末端共同承担的，则：

得到：

步骤S13：将此公式(3)代入(2)后并对方程两边同乘以进一步选择作为模糊前件变量，得到如下的刚性仿人机械手指耦合模糊增广模型：

式中，是非线性函数线性化后的结果，而是非线性函数线性化后的结果；和是中立II型的模糊集；

步骤S14：定义u_i(t)＝τ_i(t)，并且考虑信号F_e(i)难以获得，将公式(4)改写如下的系统：

其中，C_i＝[I 0]。

进一步地，步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：考虑到每根仿人机械手指的采样速度不一致，定义：