[发明专利]欠驱动机器人系统的控制方法

权利要求书

1.欠驱动机器人系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

采用扩展状态观测器处理受到未知干扰时欠驱动机器人系统的关节数据并输出关节位置估计值、关节速度估计值和集总扰动的估计值，由集总扰动的估计值设计干扰补偿项；

利用驱动关节位置估计值与期望值的驱动关节位置误差及其一阶导数设计第一层快速终端滑模面中驱动关节对应的第一子滑模面，由第一子滑模面输出第一等效控制律；

利用非驱动关节位置估计值与期望值的非驱动关节位置误差及其一阶导数设计第一层快速终端滑模面中非驱动关节对应的第二子滑模面，由第二子滑模面输出第二等效控制律；

利用第一层驱动快速终端滑模面和第一层非驱动快速终端滑模面设计第二层滑模面，由第二层滑模面输出切换控制律；

根据干扰补偿项、第一等效控制律、第二等效控制律和切换控制律设计总控制律来对欠驱动机器人系统进行控制；

所述欠驱动机器人系统的模型为：

其中，q为欠驱动机器人系统的关节位置，q＝[q_a q_u]^T，q_a为驱动关节，q_u为非驱动关节；为关节速度，为关节加速度，M(q)为欠驱动机器人系统的对称正定惯性矩阵；为欠驱动机器人系统的离心力和科氏力结合项；G(q)为欠驱动机器人系统的重力项；u为控制输入；B为输入转换矩阵，B＝[10]^T；τ_d为欠驱动机器人系统受到的外部干扰，τ_d＝[d₁ d₂]^T，d₁为与控制输入在同一通道的匹配干扰，d₂为与控制输入在不同的信道的非匹配干扰。

2.如权利要求1所述的欠驱动机器人系统的控制方法，其特征在于：所述扩展状态观测器为：

其中，为关节位置的估计值，为其一阶导数；为关节速度的估计值，为其一阶导数；D为集总扰动，D＝[D₁ D₂]^T＝M^-1(q)τ_d，D₁为驱动关节的集总扰动分量，D₂为非驱动关节的集总扰动分量，M(q)^-1为M(q)的逆矩阵；为集总扰动的估计值，为的一阶导数；E₁为关节位置的估计误差；β₁、β₂、β₃为扩展状态观测器的常数增益；λ₁、λ₂为扩展状态观测器的常数指数；y为关节位置状态输出。

3.如权利要求2所述的欠驱动机器人系统的控制方法，其特征在于：所述干扰补偿项为：

其中，u_d为干扰补偿项；为第二层滑模面系数；为包含关节位置估计值的非线性函数，具体地，可表示为为包含关节位置估计值的对称正定惯性矩阵的逆矩阵；为D₁的估计值；为D₂的估计值。