[发明专利]一种基于模糊ADRC的连续体机械臂多环控制方法

说明书

本发明提出了一种基于模糊ADRC的连续体机械臂多环控制方法，涉及机械臂控制技术领域，包括：初始化机械臂位姿状态和控制器所有参数；将期望的末端位姿输入到单片机内以逆解出机械臂中每个关节的位姿矩阵；将每个关节的位姿矩阵转化为电机转动信号并输入到位姿环ADRC以得到控制信号；将控制信号输入到速度环ADRC以得到电机控制信号；将电机控制信号输入到驱动器中以通过电机和驱动线带动机械臂运动；本发明通过将经验参数写入模糊控制算法，在满足控制系统的控制精度的要求下，显著提高了连续体机械臂在复杂多变的环境中的抗扰能力及适应能力，实现了稳定性高且鲁棒性强的连续体机械臂控制系统。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，具体而言，涉及一种基于模糊ADRC的连续体机械臂多环控制方法。

背景技术

连续体机械臂具有质量轻、结构简单、在非结构化的环境下适应性强、可以使其通过改变身体形状在复杂自然环境条件下高效运动以及人机交互安全性高等优点，因此适合应用在刚性机器人难以工作的环境中。随着科技的进步与社会的发展，对连续体机械臂的性能要求越来越高，要求连续体机械臂不仅要有良好的稳定精度和很好的动态品质，还要有很强的抗干扰能力，这使得用经典控制方法很难达到要求。

目前连续体机械臂控制的应用大多数仍采取经典PID控制器，这对复杂环境下产生的扰动没有十分有效的隔离能力，而少部分采用ADRC或者滑膜控制方法等的应用，对于干扰复杂且多变的的环境，事先整定的参数可能会引起系统输出响应的超调或者对噪声的补偿能力不理想等现象，不利于提高系统的适应性和控制性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模糊ADRC的连续体机械臂多环控制方法，其能够解决传统控制器的控制性能不足及自抗扰控制方法参数整定困难问题。

本发明的技术方案为：

第一方面，本申请提供一种基于模糊ADRC的连续体机械臂多环控制方法，其包括以下步骤：

S1、初始化机械臂位姿状态和控制器所有参数；

S2、将期望的末端位姿输入到单片机内以逆解出机械臂中每个关节的位姿矩阵；

S3、将每个关节的位姿矩阵转化为电机转动信号并输入到位姿环ADRC以得到控制信号；

S4、将控制信号输入到速度环ADRC以得到电机控制信号；

S5、将电机控制信号输入到驱动器中以通过电机和驱动线带动机械臂运动。

进一步地，步骤S2包括：将期望的末端位姿输入到单片机内，利用数值法将期望的末端点相对于极坐标系的位姿矩阵通过相邻关节的转换矩阵逆解得出每个关节的位姿矩阵；其中，相邻关节的转换矩阵表示为：

其中，表示相邻关节的转换矩阵，θ_i表示极坐标系中以Z_i-1轴方向看X_i-1轴与X_i轴的夹角，i表示第i个关节，a_i表示极坐标系中以Z_i-1轴方向看X_i-1轴与X_i轴之间的距离，α_i表示极坐标系中以X_i-1轴方向看Z_i-1轴与Z_i轴的夹角。

进一步地，上述位姿矩阵包括旋转角度和关节坐标位置向量。

进一步地，上述将每个关节的位姿矩阵转化为电机转动信号的步骤包括：

将每个关节的位姿矩阵通过关节角度与驱动线线长关系公式，转化成线长变化数值；

通过线长变化数值转化为电机旋转圈数信息以得到电机转动信号。

进一步地，上述步骤S5还包括：