[发明专利]基于参数自适应调节的阻抗控制器算法

摘要

本发明涉及力反馈遥操作中一种从端柔顺控制算法，为基于参数自适应调节的阻抗控制器算法，该算法着眼于从端接触时，可能出现的过大的接触力或过大的侵入深度，与现有控制方法相比，通过同时传递主端的力和位置，构造控制器的两路输入，实现在模型准确的稳定状态下从端对主端的位置跟踪。同时，根据主端力/位信息分析操作者意图，与从端实际状态做比较，自动调整阻抗参数，在模型不匹配的过渡状态中以较保守的方式执行指令，能够同时限制从端过大的接触力和侵入深度，显著提高了从端的安全性和稳定性，不仅在系统稳定状态下保证了较好的跟踪性和透明性，而且在系统过渡状态下限制了从端过大的接触力和侵入深度，有效提高了系统的安全性。

主权项

一种基于参数自适应调节的阻抗控制器算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、控制器使用二阶阻抗模型：Mdx··s+Bd(x·s-x·d)+Kd(xs-xd)=ef---(1)]]>其中Md,Bd,Kd分别期望质量、阻尼和刚度。ef＝fd‑fe，x,fe分别实际位置和实际接触力。基本控制律为：x··s=Md-1[ef-Bd(x·s-x·d)-Kd(xs-xd)]---(2)]]>则在平衡状态可得：Kd(xs‑xd)＝fd‑fe       (3)步骤二、当从端处于自由运动阶段时，令xd＝xm，即从端跟踪主端位置，且位置误差的比例增益为Kd。式(4‑5)可变为：Kd(xs‑xm)＝fm‑fs     (4)可得稳态误差：xs-xm=fmKd---(5)]]>步骤三、当从端处于接触阶段时，定义δxm和δxs分别为主端侵入深度和从端侵入深度。δxm=xm-xemxm-xem>00xm-xem≤0---(6)]]>δxs=xs-xexs-xe>00xs-xe≤0---(7)]]>期望位置输入改为：xd=xmxm<xexe+δxmxm>xe---(8)]]>为了保证从端的安全性和稳定性，设置限制条件如下：fefd≤αF---(9)]]>δxsδxm≤αP---(10)]]>αF和αP为大于1的常数，分别代表对稳态下从端接触力与侵入深入相对于其主端值的比例。在满足限制条件的前提下，可以通过根据环境刚度调节阻抗参数来改善与环境接触的稳定性和动态特性。记此调节律为F(Ke)。则满足式(4‑15)和式(4‑16)的阻抗控制器的期望刚度设为：Kd=max(F(Ke),Km-αPKeαP-1)Ke<KmαPF(Ke)elsemin(F(Ke),(αF-1)KeKmKe-αFKm)Ke>αFKm---(11)]]>