[发明专利]一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法

权利要求书

1.一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于所述方法具体过程为：

步骤一、建立机械臂的回归模型，并利用机械臂回归模型获取模型参数的名义值p_n；

所述利用机械臂回归模型获取模型参数的名义值p_n采用三维建模软件计算获得；

步骤二、采用卡尔曼平滑器观测机械臂关节的控制力矩的微分信息以及机械臂关节的速度和加速度信息；

步骤三、利用步骤二获得的机械臂关节的速度、加速度、控制力矩的微分和步骤一获得的p_n设计步骤一建立的机械臂回归模型的自适应律；

步骤四、利用步骤一获得的p_n和步骤三获得的自适应律获取残差r，然后利用残差r获取机械臂关节所受外力矩与残差r的传递函数；

所述残差r为估计的机械臂所受外力矩；

步骤五、利用步骤四获得的残差检测机械臂是否发生了碰撞，并利用机械臂关节所受外力矩与残差r的传递函数获得发生碰撞的机械臂关节所受的外力矩。

2.根据权利要求1所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤一中的机械臂的回归模型，如下：

因此，

其中，q为机械臂关节位置，为机械臂关节速度，为机械臂关节加速度，M(q)是机械臂的惯量矩阵，D是粘性摩擦矩阵，g(q)是重力向量，为机械臂的科氏力和向心力矩阵，τ_m是机械臂关节控制力矩，τ_ext是机械臂关节所受外力矩，是机械臂的回归矩阵，p为动力学参数，p_n是模型参数的名义值，δp是参数误差。

3.根据权利要求2所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤二中的机械臂关节的控制力矩，通过以下方式获得：

τ_m＝kI (3)

其中，k为正定对角矩阵，I是机械臂的控制电流。

4.根据权利要求3所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤二中的机械臂关节的速度和加速度信息通过利用位置传感器获取的机械臂的位置计算获得。

5.根据权利要求4所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤三中的利用步骤二获得的机械臂关节的速度、加速度、控制力矩的微分和步骤一获得的p_n设计步骤一建立的机械臂回归模型的自适应律，如下：

其中，K_c为对角正定矩阵，是机械臂回归模型的自适应律。

6.根据权利要求5所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤四中的利用步骤一获得的p_n和步骤三获得的自适应律获取残差r，然后利用残差r获取机械臂关节所受外力矩与残差r的传递函数，包括以下步骤：

步骤四一、利用步骤一获得的p_n和步骤三获得的自适应律定义残差r如下：

步骤四二、利用步骤四一定义的残差r和步骤一获得的机械臂回归模型获得残差r与机械臂关节所受外力矩τ_ext的差；

步骤四三、将步骤四一获得的残差r和步骤四二获得的残差r与机械臂关节所受的外力矩τ_ext的差代入步骤三获得的自适应律，获得残差r与机械臂关节所受外力矩的关系；

步骤四四、利用步骤四三获得的残差r与机械臂关节所受外力矩的关系获取机械臂关节所受外力矩与残差的传递函数。

7.根据权利要求6所述的一种基于模型参数误差观测器的机械臂碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤四二中的利用步骤四一定义的残差r和步骤一获得的机械臂回归模型获得残差r与机械臂关节所受外力矩τ_ext的差，如下：