[发明专利]一种基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法

说明书

本发明公开了一种基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法，包括，通过永磁同步电机驱动协作机器人的关节结构，并通过非线性跟踪微分器获取协作机器人的负载扰动信号；通过扩张状态观测器估计所述协作机器人扰动的实时作用量，并在反馈中进行补偿；根据所述负载扰动信号与所述实时作用量，通过非线性状态误差反馈控制器对所述机器人进行控制和扰动补偿，进而获得所述协作机器人的控制量；本发明可以有效的补偿非线性总扰动、降低执行器的转动惯量和摩擦力影响以及抑制传动柔性带来的影响，保证整个控制系统的性能和稳定性；同时，无需复杂的模型信息，参数整定简单，计算量小，适合协作机器人等在线实时处理的应用场合。

技术领域

本发明涉及机器人和自抗扰控制的技术领域，尤其涉及一种基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法。

背景技术

协作机器人作为工业机器人的进一步演化，主要解决在非结构环境下与人共融的问题，其输出除了轨迹的要求还有柔顺性的要求；这样，协作机器人，除了具有可以媲美工业机器人的运行位置和速度的优势外，其可调节的刚度，使得协作机器人运行柔顺，可以胜任各种灵巧的操作。

目前的协作机器人的关节执行机构主要由伺服电机和谐波减速机构成，受到传动系统柔性和机械输出参数变化等自身因素和外部干扰、接触力等外部因素的影响，使得传统的PID控制控制方式，在姿态、速度和负载变化时，控制起来比较困难。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法，能够解决由于机器人的动力柔性传动、转动惯量、摩擦力和非线性力矩扰动影响稳定性的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，通过永磁同步电机驱动协作机器人的关节结构，并通过非线性跟踪微分器获取协作机器人的负载扰动信号；通过扩张状态观测器估计所述协作机器人扰动的实时作用量，并在反馈中进行补偿；根据所述负载扰动信号与所述实时作用量，通过非线性状态误差反馈控制器对所述协作机器人进行控制和扰动补偿，进而获得所述协作机器人的控制量。

作为本发明所述的基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法的一种优选方案，其中：所述永磁同步电机包括，速度环模型：

位置环：分数阶PD^μ控制器；电流环模型：

其中，ω为所述协作机器人的反馈速度，f为所述协作机器人的总扰动，u_q为q轴电压，b₀是自抗扰控制器的参数；X为电流，W为所述协作机器人的未知外扰，g(X₁)为所述协作机器人的内部扰动，U为输入量，Y为输出量，X₁为状态变量。

作为本发明所述的基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法的一种优选方案，其中：所述非线性跟踪微分器包括，定义所述非线性跟踪微分器的数学模型：

其中，e为偏差信号，v为自抗扰控制器的给定信号，v₂为所述v的跟踪信号，r为跟踪速度因子，δ为滤波因子，a为非线性因子，fal(e,a,δ)是最优综合控制函数。

作为本发明所述的基于自抗扰控制技术的协作机器人控制方法的一种优选方案，其中：所述最优综合控制函数包括，