[发明专利]一种模块化机械臂分散鲁棒容错控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种模块化机械臂分散鲁棒容错控制方法及系统，所述方法包括：构建模块化机械臂的系统动力学模型；根据所述系统动力学模型获得系统状态空间表达式；根据所述模块化机械臂的轨迹跟踪误差和累计误差确定积分终端滑模面；根据所述系统状态空间表达式、所述积分终端滑模面和RBF神经网络确定模块化机械臂分散容错控制器。本发明提高了模块化机械臂系统控制的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，特别是涉及一种模块化机械臂分散鲁棒容错控制方法及系统。

背景技术

近几年，机器人产业发展迅猛，应用范围涉及到医疗和探索等各个方面，例如涂胶机械臂，防疫机器人等，可以说已经和人们的生活休戚相关。为了解决传统机械臂的构型局限性、体积大等问题，模块化机械臂越来越受到学术界关注。模块化机械臂的主要思想是将一个复杂的机械臂系统分解为多个具有较高便携性和可维护性的子系统模块，因此其控制器的设计就要满足模块化要求，即各个关节模块具备相互独立的控制器，且能够满足不同任务环境与多种机械臂构形下的工作需要，从而表现出传统机械臂所不具备的优势，提高工作效率。

由于模块化机械臂系统是一类具有高度非线性、时变干扰的复杂控制系统，因而其控制问题存在一定难度。众所周知，模块化机械臂的关节故障、外界扰动以及系统不确定性可以通过设计容错控制器来对其进行补偿。然而，补偿项的增加很容易在机械臂关节处产生较大的指令转矩。一旦所需转矩长时间超过电机输出所能承受的最大转矩，控制器可能会积累错误，导致系统不稳定甚至使得系统完全瘫痪，这将给人们的人身及财产安全带来极大的隐患。因此，针对整个关节模块系统进行容错控制是该研究领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化机械臂分散鲁棒容错控制方法及系统，提高了控制系统的稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种模块化机械臂分散鲁棒容错控制方法，所述方法包括：

构建模块化机械臂的系统动力学模型；

根据所述系统动力学模型获得系统状态空间表达式；

根据所述模块化机械臂的轨迹跟踪误差和累计误差确定积分终端滑模面；

根据所述系统状态空间表达式、所述积分终端滑模面和RBF神经网络确定模块化机械臂分散容错控制器。

可选地，所述系统状态空间表达式为：

其中，S表示系统状态空间表达式，表示模块化机械臂运行时的耦合力矩，表示模块化机械臂系统的摩擦，表示模块化机械臂的系统执行器故障函数及外部干扰信号，q表示q_i的集合，q_i表示模块化机械臂的第i个关节的位置，表示的集合，表示第i个关节的速度，表示的集合，表示第i个关节的加速度，表示x₁的导数，表示x₂的导数，γ_i表示谐波减速器的减速比，τ_i表示第i个关节的电机输出力矩，τ_si表示第i个关节的力矩传感器输出力矩，B＝(I_miγ_i)^-1，I_mi表示第i个关节的电机转动惯量。

可选地，所述积分终端滑模面表示为：

其中，s表示积分终端滑模面，r表示所述模块化机械臂的累计误差，t表示时间，k₁表示第一正常数，k₂表示第二正常数，α₁＞α₂＝p′/q′且1＜α₂＜2，p′为第一正奇数，q′为第二正奇数，表示第一非线性项，表示第二非线性项。