[发明专利]可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法

说明书

本发明提供了一种可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法，包括如下步骤：根据并联机械臂运动平台上的执行器在三维空间中的实时位置与预定义的期望路径差，定义跟踪控制的误差函数和中间变量，设计对抗外部干扰的误差动态方程；结合并联机械臂的实时跟踪控制任务，求解并联机械臂在支腿速度层上的运动学关系式；代入误差动态方程，得出并联机械臂实时跟踪控制控制信号动态方程；计算出实时并联机械臂支腿更新控制信号，所得结果驱动并联机械臂进行跟踪控制运行，使得在移动平台上的执行器实现跟踪控制的同时，所产生的位置误差可以有限时间收敛，并且有效实现并联机械臂对抗外部的干扰。

技术领域

本发明涉及机械臂运动与鲁棒控制领域，具体涉及一种可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法。

背景技术

并联机械臂通常由移动平台和固定基座通过至少两个或以上的独立的运动支腿相连接，并联机械臂一般具有两个或更多的自由度，且以并联方式驱动的一种闭环控制系统的机械装置。并联机械臂通常具有无累积误差，运动控制精度高，动态响应好，结构紧凑，刚度高，负载能力强等优势，并可代替人手臂，完成高精密度的作业，故其被广泛应用于工业制造、航空航天甚至军事装备领域中。并联机械臂的实时运动控制研究历经多年的发展，相关的运动控制理论研究和实际实践应用获得了重大的突破和进展，也相应研发出了各种类型的并联机械臂，用于提高生产效率，作业精度，代替人工作业的案例。其中实时跟踪控制的研究是并联机械臂运动研究的一个十分重要的研究内容。以往使用传统的并联机械臂跟踪控制方法，通常无法有效地对抗外部的干扰，求解误差无法在有限时间内收敛等不足。上述的问题已经成为并联机械臂实时运动控制问题的“瓶颈”问题，其往往会导致并联机械臂的执行器在进行跟踪控制作业时，长时间出现低精度跟踪结果，甚至会出现外部干扰导致跟踪控制任务的失败。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种可对抗外部干扰的并联机械臂有限时间收敛运动控制方法，具体包括如下步骤：

1)根据并联机械臂运动平台上的执行器在三维空间中的实时位置与预定义的期望路径差，定义跟踪控制的误差函数和中间变量，设计对抗外部干扰的误差动态方程；得到的可对抗外部干扰的误差动态方程，其第i个子系统方程描述为

其中表示执行器与运动控制任务位置误差函数的第i个元素，表示ε_i(t)的时间导数，λ表示表示用户预定义的设计参数，sign(·)表示符号函数映射。

作为优选，并联机械臂在支腿速度层上的运动学关系式：

其中表示并联机械臂执行器的雅可比矩阵，表示并联机械臂支腿的实时运动速度，表示并机械臂执行器在笛卡尔空间的实时实际运动轨迹的时间导数，表示并联机械臂执行器在笛卡尔空间的预定义路径曲线方程的时间导数。

2)基于步骤1)设计的对抗外部干扰的误差动态方程，结合并联机械臂的实时跟踪控制任务，求解并联机械臂在支腿速度层上的运动学关系式；

3)结合步骤2)的运动学关系式，代入误差动态方程，得出并联机械臂实时跟踪控制控制信号动态方程；

4)将步骤3)得到的并联机械臂实时跟踪控制控制信号动态方程，计算出实时并联机械臂支腿更新控制信号，所得结果驱动并联机械臂进行跟踪控制运行，使得在移动平台上的执行器实现跟踪控制的同时，所产生的位置误差可以有限时间收敛，并且有效实现并联机械臂对抗外部的干扰。

作为优选，并联机械臂实时跟踪控制控制信号的动态方程：