[发明专利]基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法，其特征是，所述机械臂安全轨迹跟踪控制方法包括如下步骤：

步骤1、获取机械臂内每个关节当前相对应的角度、角速度以及输入力矩估计信息，以能计算得到机械臂内每个关节当前相对应的干扰力矩估计值；

步骤2、将机械臂内每个关节相对应的干扰力矩估计值以及期望角速度作为自变量，确定轨迹缩放函数并根据所述轨迹缩放函数确定机械臂的轨迹插值时间，利用所述机械臂的轨迹插值时间，获得机械臂的实际跟踪轨迹；

步骤3、将实际跟踪轨迹所对应的期望关节角度、角速度和角加速度输入滑模控制器，利用滑模控制器对机械臂进行轨迹跟踪控制，以实现机械臂在外部干扰作用下的高精度轨迹跟踪；

步骤2中，轨迹缩放函数为：

其中，ξ∈[0,0.3]为调节参数，为轨迹缩放函数的自变量，r为干扰力矩估计向量，为(t-Δt)时刻期望关节角速度向量，t表示机械臂当前的运行时间，Δt表示采样时间间隔，τ_max∈Rⁿ为机械臂内各个关节相对应的最大输出力矩构成的关节最大力矩向量，为将机械臂内各个关节的干扰力矩估计值除以其对应关节的最大输出力矩，为的二范数，ε是用于调整整体扰动灵敏度的常数。

2.根据权利要求1所述的基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法，其特征是，步骤1中，利用广义动量观测器计算得到每个关节当前的干扰力矩估计值，机械臂内具有n个关节时，n个关节当前的干扰估计值构成干扰力矩估计向量r，

其中，p(t)为广义角动量，M(q)∈R^n×n为正定惯性矩阵，q为关节角度向量，为关节角速度向量，是向心力与哥氏力项，g(q)∈Rⁿ为重力矩向量，是关节输入力矩估计向量，K是动量观测器的调节系数，t为机械臂当前的运行时间。

3.根据权利要求2所述的基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法，其特征是，关节输入力矩估计向量内包括n个关节的输入力矩估计信息，任一关节的输入力矩估计信息其中，I_im为第i个关节的电机输出电流，β_m为电流转化为力矩的相关系数，λ为关节电机到输出连杆间减速器的传动比。

4.根据权利要求1所述的基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法，其特征是，利用轨迹缩放函数确定当前时刻的轨迹插值时间δ(t)，所述当前时刻的轨迹插值时间δ(t)为

其中，t表示机械臂当前的运行时间，Δt表示采样时间间隔，δ(t-Δt)是上一时刻的轨迹插值时间。

5.根据权利要求4所述的基于滑模的机械臂安全轨迹跟踪控制方法，其特征是，机械臂的实际跟踪轨迹为：

q_i,d(t)＝α_i,0+α_i,1δ(t)+α_i,2δ²(t)+α_i,3δ³(t)+α_i,4δ⁴(t)+α_i,5δ⁵(t),(i＝1,…,n)

其中，q_i,d(t)为第i个关节在当前运行时间下的实际跟踪轨迹，α_i,0、α_i,1、α_i,2、α_i,3、α_i,4、α_i,5为第i个关节的轨迹多项式系数。