【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能机械与机器人控制
,具体涉及多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法。
技术介绍
机械臂自二十世纪问世以来,得到了快速发展,并广泛应用于军事、工业、医疗、航空抢险救援等各个领域。随着现代工业过程控制系统发展的大型化和复杂化,传统单一的机械臂控制系统已难以适应实际工况的需求,而多机械臂系统的协调控制与合作,不仅可以降低系统的复杂性和成本,还能够提升工作效率,使得近几年来对多机械臂系统的研究成为机器人领域中的热点。然而,实际的机械臂系统与其他诸如操作机器人、自动车辆及步行机器人等机械系统一样,都是用非线性的Euler-Lagrange方程进行建模,并且系统中往往存在动力学不确定性,这就加大了控制器设计和分析的难度,同时还需要考虑多机械臂系统的参数不确定性给系统的整体稳定工作带来的不良影响。因此,研究多机械臂系统的分布式协调控制方法也是机器人领域中的难点问题之一。现有的研究成果大多是针对固定通信网络拓扑结构下不考虑通信时滞影响的多机械臂系统进行的研究,文献“有向图中网络Euler-Lagrange系统的自适应协调跟踪”梅杰,张海博,马广富,自动化学报,2011,37(5):596-603,其针对多Euler-Lagrange方程所建模的系统,在固定的有向通信拓扑结构下,设计分布式自适应协调控制律实现了系统的协调跟踪,未考虑拓扑结构随时间变化或通信时滞存在等实际因素的影响,而在实际应用中,通信拓扑则很可能是时变的。例如,当受到扰动或机械臂之间的通信距离发生变化时,通信网络中的某些链路可能断开或再次连通,此外,网络中信息的丢包也可等价成一种切 ...
【技术保护点】
多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,建立含有不确定性参数的非线性多机械臂系统的运动模型;每个机械臂系统的运动模型由含有不确定参数的非线性欧拉‑拉格朗日方程表示;步骤二,建立有向切换通信网络拓扑结构下多机械臂系统的信息交互模型;所述信息交互模型由相邻机械臂系统之间的通信路径构成;步骤三,不确定性参数的估计及分布式自适应协调控制器设计;利用自适应技术建立自适应估计方程,用于估计多机械臂系统中的不确定性参数;利用相对状态反馈技术,设计分布式自适应协调控制器;步骤四,构造每个机械臂系统的分布式误差方程;将所述的分布式自适应协调控制器作用于含有不确定性参数的非线性多机械臂系统,针对每个机械臂系统,构造基于所述信息交互模型的分布式误差方程;步骤五,多机械臂系统达到分布式协调控制目标的稳定性分析;利用代数图论、矩阵论、Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理,分析并获得有向切换通信网络拓扑结构下具有通信时滞的多机械臂系统转动角度和角速度分别实现同步的充分条件,保证整个系统的协调控制和稳定工作。
【技术特征摘要】
1.多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,建立含有不确定性参数的非线性多机械臂系统的运动模型;每个机械臂系统的运动模型由含有不确定参数的非线性欧拉-拉格朗日方程表示;步骤二,建立有向切换通信网络拓扑结构下多机械臂系统的信息交互模型;所述信息交互模型由相邻机械臂系统之间的通信路径构成;步骤三,不确定性参数的估计及分布式自适应协调控制器设计;利用自适应技术建立自适应估计方程,用于估计多机械臂系统中的不确定性参数;利用相对状态反馈技术,设计分布式自适应协调控制器;步骤四,构造每个机械臂系统的分布式误差方程;将所述的分布式自适应协调控制器作用于含有不确定性参数的非线性多机械臂系统,针对每个机械臂系统,构造基于所述信息交互模型的分布式误差方程;步骤五,多机械臂系统达到分布式协调控制目标的稳定性分析;利用代数图论、矩阵论、Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理,分析并获得有向切换通信网络拓扑结构下具有通信时滞的多机械臂系统转动角度和角速度分别实现同步的充分条件,保证整个系统的协调控制和稳定工作。2.根据权利要求1所述的多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法,其特征在于,步骤一所述每个机械臂系统的运动模型由含有不确定参数的非线性欧拉-拉格朗日方程表示,其参数满足有界性、反对称性和参数线性化的性质,多机械臂系统的动态模型如下方程(1):Mi(qi)q··i+Ci(qi,q·i)q·i+gi(qi)=τi(t)---(1)]]>其中,τi(t)∈Rm指第i个机械臂系统的控制力矩;qi(t)∈Rm,和分别表示第i个机械臂系统的转动角度、角速度和角加速度;gi(qi)∈Rm是重力项;Mi(qi)∈Rm×m为对称正定的惯性矩阵;是哥氏力和离心力项。3.根据权利要求1所述的多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法,其特征在于,步骤二所述的信息交互模型中的通信路径由随时间不断变化的有向通信拓扑图表示。4.根据权利要求1所述的多机械臂系统的分布式自适应协调控制方法,其特征在于,步骤三所述利用相对状态反馈技术和自适应技术,设计分布式自适应协调控制器,由方程(2)和方程(3)构成:其中,τi(t)∈Rm指第i个机械臂...
【专利技术属性】
技术研发人员:姜玉莲,王申全,李元春,
申请(专利权)人:长春工业大学,
类型:发明
国别省市:吉林;22
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