[发明专利]消除惯量变化的机器人控制方法

权利要求书

1.消除惯量变化的机器人控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：按照机器人的运动规划为目标，关节位移和速度为反馈，搭建好机器人每个关节的闭环控制系统；

S2：计算各机械臂的等效转动惯量，并将等效转动惯量分解为转动惯量不变量J_i0和转动惯量变化量ΔJ_i；

S3：以当前关节的等效转动惯量与转动惯量不变量的比值为增益，将当前关节控制系统输出的控制量进行放大；

S4:将反馈的关节角速度乘于转动阻尼的影响，获得量测扰动；

S5:将S4获得的量测扰动，与控制量和转角信号一起输入扩张状态观测器，估计扰动z₂；

S6:将所述S4获得的量测扰动和所述S5获得的估计扰动进行求和，并乘于控制量到转动力矩传递函数的倒数，补偿到所述S3获得的控制量中，获得消除转动惯量影响的控制量；

S7：通过所述S3～S6，机器人的关节控制系统等效为惯量定常系统，最后对控制参数进行整定，获得最优控制性能。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，关节的所述转动惯量不变量J_i0包括关节本身的转动惯量J_i+m_ir_i²与关联关节绕各自质心的转动惯量之和，即其中J_i为第个关节绕自身质心的转动惯量，n为关节总数，r_i为关节质心到旋转中心的距离。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，关节的所述转动惯量变化量部分包括关联关节的质量m_i乘以该关联关节质心到关节转动中心线的距离的平方r_i²得到的数值之和，即

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述S4中的控制量放大对转动阻尼的影响为关节转动速度转动阻尼B_i和转动惯量变化量与转动惯量不变量比值的乘积，即

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过所述扩张状态观测器，将控制量、转角和转动阻尼的影响，估计其余扰动。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述量测扰动和所述估计其余扰动求和，获得总扰动，再乘于控制量到力矩的传递函数的倒数补偿到放大后的控制量中。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法将非线性时变的转动惯量通过惯量分离，通过增益考虑惯量变化引起的驱动力变化，再通过角速度反馈将阻尼力去除以获取惯量时不变的关节控制效果。

8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所测量的速度信号有噪声时或者无速度测量时，所述的扩张状态观测器采用二阶ESO，估计速度和扰动力；当所测量的速度信号没有噪声信号时，采用降阶ESO，利用速度信息，只估计扰动力。