[发明专利]一种柔性关节机器人系统的控制器设计方法

摘要

本发明涉及一种柔性关节机器人系统的控制器设计方法，包括：建立柔性关节机器人的动力学模型，将柔性关节机器人系统分解为两个子系统，即连杆子系统和电机子系统；设计连杆子系统虚拟控制器及其自适应规律；设计电机子系统真实控制器及其自适应规律；进行稳定性分析；进行系统性能仿真，由仿真效果来调整控制器的参数。本发明简化了控制设计的流程，明确了控制对象；把系统中存在的未知参数的影响和未知外部干扰的影响归结为两个边界函数，然后通过设计相应的自适应规律来估计边界函数的值，从而设计控制来抵消未知参数和外部干扰的影响；控制方法的计算量可以调节，能够运行在不同计算性能控制平台上，适应性强。

主权项

1.一种柔性关节机器人系统的控制器设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：(a)建立柔性关节机器人的动力学模型，将柔性关节机器人系统分解为两个子系统，即连杆子系统和电机子系统；(b)设计连杆子系统虚拟控制器及其自适应规律；(c)设计电机子系统真实控制器及其自适应规律；(d)对连杆子系统虚拟控制器和电机子系统真实控制器进行稳定性分析；(e)分别对两个子系统进行系统性能仿真，由仿真效果来调整连杆子系统虚拟控制器和电机子系统真实控制器的参数；所述步骤(a)具体是指：根据拉格朗日力学或者牛顿力学，得到含有柔性关节机器人的动力学方程其中，M是机器人连杆的转动惯量，C为系统运动产生的科氏力，G为重力，K为关节中的柔性系数，J为电机的转动惯量，u为电机输出转矩，是对q₁求两次微分得到的连杆加速度，是对q₂两次微分得到的电机加速度；将公式(1)的第一部分等号两边同时乘以K^‑1，并令x₁＝q₁，x₃＝q₂‑u₁,这里u₁是一个虚拟控制，从而公式(1)被改写为这样就将柔性关节机器人系统分解为连杆子系统和电机子系统，公式(2)为连杆子系统方程，公式(3)为电机子系统方程，其中，x₁是连杆子系统的位置，x₂是连杆子系统的速度，x₃为电机子系统的位置，x₄是电机子系统的速度。