[发明专利]基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法和系统

权利要求书

1.一种基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：通过柔性机械臂的连杆位置、刚度矩阵、滑模向量、动力学回归矩阵、物理参数、正定对角矩阵、对连杆施加的作用力和已知的权重函数，计算出伺服电机的期望转角；

步骤2：通过伺服电机的当前转角、期望转角、伺服电机的期望估计速度、连杆位置、刚度矩阵、正定矩阵、伺服电机的滑模向量、惯性矩阵、动力学回归矩阵和物理参数，计算出伺服电机的输出转矩；

步骤3：伺服电机输出转矩，使得机械臂到达新的位置，返回步骤1继续执行，对机械臂进行人机交互的自适应控制。

2.根据权利要求1所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，柔性机械臂包括伺服电机、滚珠螺杆、弹簧、线性位置传感器、传动带和连杆；

所述滚珠螺杆由伺服电机驱动，所述连杆由传动带带动；

所述传动带通过弹簧连接到滚珠螺杆的螺母上，传送带在弹簧上的连接点并联线性位置传感器的滑块，对连杆施加作用力，迫使连杆带动传动带运动，由弹簧的缓冲作用与伺服电机的转矩调整，实现柔性输出。

3.根据权利要求2所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，所述伺服电机输出转角和转矩，带动滚珠螺杆旋转，并由滚珠螺杆的螺母转换为线性运动；

所述线性位置传感器，通过测量滑块的位置，进而获得对外输出实际机器人轨迹、转矩和人的作用力。

4.根据权利要求1所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，所述伺服电机的期望转角θ_d的表达式为：

其中，q为柔性机械臂的连杆位置；K为刚度矩阵；s_q为滑模向量；为动力学回归矩阵；为物理参数；K_q为正定对角矩阵；f_e为对连杆施加的作用力；w(·)为已知的权重函数。

5.根据权利要求4所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，所述伺服电机的输出转矩τ的表达式为：

其中，θ为伺服电机的当前转角；θ_d为伺服电机的期望转角；为伺服电机的期望估计速度；q为连杆位置；K为刚度矩阵；K_θ为正定矩阵；为伺服电机的滑模向量；B为惯性矩阵；为动力学回归矩阵；为物理参数。

6.根据权利要求5所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，机械臂实际位置与期望位置的偏离Δx为：

Δx＝x-x_d

机械臂的滑模向量为：

物理参数的更新公式为：

其中，x为实际位置；x_d为期望位置；J(q)是从关节位置空间到笛卡尔空间的雅可比矩阵，J⁺(q)是J(q)的伪逆；L_q为已知的正定矩阵；为已知的回归矩阵；e_p为预测误差；α_q为正数常数。

7.根据权利要求6所述的基于柔性机械臂的人机交互自适应控制方法，其特征在于，伺服电机转角的观测值对其期望值偏离为：

参考向量为：

伺服电机的滑模向量为：

物理参数的更新公式为：

其中，为观测器估计值，是对的积分，是对的微分；α_θ为正数常数；L_θ为正定矩阵。