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申请/专利权人：长安大学

摘要：本发明公开了一种未知环境参数实时估计的机器人自适应变阻抗恒力控制方法及末端执行器，包括步骤：S1、设定期望打磨力；S2、传感器实时采集末端执行器的接触力信号和位置信号；S3、根据期望打磨力和力传感器测得的实际打磨力，计算得到打磨力误差及误差变化值作为环境参数估计器和自适应变阻抗控制器的输入；S4、自适应变阻抗控制器和环境参数估计器的输出作为自适应滑模控制器的输入；S5、自适应滑模控制器输出为音圈电机的控制位移量，根据控制量实时控制调节末端执行器伸缩位移，实现机器人打磨恒力控制。本发明在减小打磨工具与工件表面接触时力超调量以及力波动量，提高在未知环境工况机器人打磨作业自适应性等方面具有良好的作用。

主权项：1.一种未知环境参数实时估计的机器人自适应变阻抗恒力控制方法，先以自适应滑模控制作为内环控制，用于实际位置对参考位置的快速跟踪响应；再以环境参数估计与自适应变阻抗控制作为外环控制，用于环境参数的实时估计与阻抗参数的间接调整；后通过内外环控制共同作用于末端执行器，解决在未知环境下机器人恒力打磨作业自适应性差与稳定性差的问题，实现在未知环境下机器人打磨自适应恒力控制。其特征在于：包括如下步骤：S1、设定末端执行器与加工工件之间的期望打磨力；S2、传感器实时采集末端执行器打磨工具的接触力信号和位置信号；S3、根据期望打磨力和力传感器测得的实际打磨力，计算得到打磨力误差及误差变化值，将其作为环境参数估计器和自适应变阻抗控制器的输入；步骤S3中，环境参数估计器用于环境参数的实时估计，步骤是：根据力传感器测得的实际打磨力信号与位置传感器反馈的打磨工具实际位置信号，实时估计出环境位置和环境刚度，并生成期望位置来实时估计修正参考位置，使打磨工具的实际位置跟踪到实时估计修正后的参考位置，从而确保打磨工具较为柔顺地接触到工件表面，实现稳定地打磨作业；公式如下： 式1中，为环境参数估计器输出，即环境刚度；为环境参数估计器输出，即环境位置；为环境参数估计器输出，即估计理论接触力；Xd为环境参数估计器输出，即期望位置；Xc为环境参数估计器输入，即实际位置；Fm为环境参数估计器输入，即实际打磨力；ξ1，ξ2均为调整因子。所述自适应变阻抗控制器包括阻抗控制器和模型参考自适应控制器MRAC，模型参考自适应控制器用于对阻抗参数的间接调整，使外环控制具有较好的自适应调节能力，提高控制系统的自适应性和稳定性。所述模型参考自适应控制器用于对阻抗参数的间接调整，步骤是：将所述环境参数估计器输出的估计理论接触力与期望打磨力的差值和实际位置Xc作为模型参考自适应控制器的输入，公式如下： 式2中：λp，λv为正的加权因子；均为模型参考自适应控制器的输入；g0，p0，d0分别为gt，pt，dt的初始值；μ1，μ2，μ3为正的积分自适应增益。所述模型参考自适应控制器输出位置补偿量δx： 所述自适应变阻抗控制器输出位置修正量ΔX′：ΔX′＝ΔX+δx4式4中：ΔX为阻抗控制器的输出，即位置变化量。S4、自适应变阻抗控制器和环境参数估计器的输出作为自适应滑模控制器的输入；步骤S4中，自适应滑模控制器用于实现实际位置对参考位置的快速跟踪响应，提升抗干扰能力；步骤是：所述自适应变阻抗控制器输出的位置修正量ΔX′与所述环境参数估计器输出的期望位置Xd叠加得到参考位置Xr：Xr＝Xd+ΔX′5参考位置Xr与位置传感器测到的实际位置的误差作为滑模控制的输入，得到控制律： 式6中：u为滑模控制器的输出，即控制律；m为末端执行器作动部分的质量；ε和p为控制增益；sgn为符号函数；s为滑模函数；为滑模系数估计值；d为系统阻尼；k为弹簧刚度；为打磨工具的实际位置的导数。通过参考位置Xr与位置传感器测到的实际位置的误差变化值，确保系统稳定，采用Lyapunov第二方法得到滑模函数系数c自适应律： 式7中：rc为增益系数；kc0为初值；为误差变化值。S5、自适应滑模控制器输出为音圈电机的控制位移量，根据控制量实时控制调节末端执行器伸缩位移，实现机器人打磨恒力控制。

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百度查询： 长安大学 一种未知环境参数实时估计的机器人自适应变阻抗恒力控制方法及末端执行器