【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人系统控制，更具体地，涉及一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法、系统、介质及产品。
技术介绍
1、绳驱多关节机械臂由一系列刚性连杆连接而成，利用绳索传动模拟生物肌腱驱动效果。其驱动力大，自由度多，可靠性高，可实现伸缩、侧摆、起伏、直线运动、侧向运动等运动，运动灵活，工作空间大，可以搭载设备深入狭窄密闭的环境中执行操作任务，其应用潜力巨大，因此受到了广泛的关注。
2、然而，其绳驱超冗余的结构使得运动控制变得十分复杂。在机器人动力学控制领域中，重力、科里奥利、摩擦和其他扰动的非线性项给机械臂的运动控制带来极大挑战。几十年来，人们对基于模型的控制器进行了研究，其性能也得到了很好的证明。然而，机械臂动力学参数识别是一项非常复杂且困难的任务，并且机器人模型复杂度随着估计的模型参数数量的增加而显著增加，这一点在绳驱多关节机械臂上尤为突出。
3、基于时延估计(tde)的控制方案以有效处理具有外部干扰和模型不确定性的高度非线性和复杂系统而闻名，由于简单、高效、鲁棒性等优点，其在机器人领域有着广泛的应用。实际应用表明，系统越复杂、越不确定，tde技术的实际效果越明显。然而，传统tde的性能受到系统时延样本的限制，当间断性干扰或不确定性存在时，很难找到一个合适的时延估计增益，导致时延估计的误差增大。因此，需要一种可靠、易于实现的方法解决该tde应用中的问题，实现机械臂在瞬时扰动的情况下的稳定运动控制，同时具有较快的收敛速度。
技术实现思路
1、针对现有技
2、为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提出了一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，包括如下步骤：
3、基于如下控制律进行绳驱多关节机械臂运动控制：
4、
5、其中，为τk的估计值，τk表示k时刻关节力矩向量，uk为控制输入，为常数对角矩阵，n为机械臂自由度；
6、为使用自适应增益计算得到的时延估计：
7、
8、其中，δk为用于自适应调整梯度效果的对角矩阵，nk-1表示nk前一时刻的值，nk-2表示nk-1前一时刻的值，nk-3表示nk-2前一时刻的值；nk为动力学模型扰动项，计算式为为机械臂关节的加速度。
9、作为进一步优选的，基于非奇异终端滑模面确定控制输入uk。
10、作为进一步优选的，非奇异终端滑模面设计如下：
11、
12、其中，sk为滑模变量，ek为机械臂关节位置跟踪误差向量，为机械臂关节速度跟踪误差向量，β为正常数对角矩阵，p和q为正奇数对角矩阵，且p中第m个元素pm,k与q中第m个元素qm,k满足1＜pm,k/qm,k＜2，m＝1,2…n；
13、滑模趋近律设计如下：
14、
15、其中，k和ε为正常数切换增益矩阵，sgn为符号函数。
16、作为进一步优选的，控制输入uk的计算式如下：
17、
18、其中，为机械臂关节期望角加速度向量，i为单位矩阵。
19、作为进一步优选的，绳驱多关节机械臂的控制律如下：
20、
21、
22、其中，为等效控制项，为切换控制项。
23、作为进一步优选的，对角矩阵δk通过滑模变量sk计算得到：
24、
25、其中，δm,k为对角矩阵δk的第m个元素，sm,k为滑模变量sk的第m个元素，为sm,k的导数，αm与γm为正增益常数，为非负常数。
26、作为进一步优选的，常数对角矩阵满足如下稳定性条件：
27、
28、其中，m(qk)为机械臂的惯性矩阵，qk为机械臂关节的位置，∥·∥表示范数，i为单位矩阵。
29、按照本专利技术的第二方面，提供了一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制系统，包括处理器，所述处理器用于执行上述考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法。
30、按照本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法。
31、按照本专利技术的第四方面，提供了一种计算机程序产品，其包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法。
32、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
33、1、相较于传统时延估计控制，本专利技术使用多时延样本进行时延估计以降低瞬时扰动带来的估计突变，并使用自适应增益计算时延估计，从而获得更精准、更稳定的估计效果。本专利技术基于时延估计的控制方法无需精确模型、精度高、鲁棒性好，从而进一步提升了绳驱多关节机械臂的轨迹跟踪效果和作业性能，可满足绳驱多关节机械臂关节运动控制的需求，并适于在工程实际应用中实现。
34、2、本专利技术采用了非奇异终端滑模控制，在提高收敛速度的同时保证了良好的跟踪能力与控制稳定性，并容易移植到现有的时延估计控制中。
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1.一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，基于非奇异终端滑模面确定控制输入uk。
3.如权利要求2所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，非奇异终端滑模面设计如下：
4.如权利要求3所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，控制输入uk的计算式如下：
5.如权利要求4所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，绳驱多关节机械臂的控制律如下：
6.如权利要求3所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，对角矩阵δk通过滑模变量sk计算得到：
7.如权利要求1-6任一项所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，常数对角矩阵满足如下稳定性条件：
8.一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制系统，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求1-7任一项所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法。
9.一
10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，基于非奇异终端滑模面确定控制输入uk。
3.如权利要求2所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，非奇异终端滑模面设计如下：
4.如权利要求3所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，控制输入uk的计算式如下：
5.如权利要求4所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，绳驱多关节机械臂的控制律如下：
6.如权利要求3所述的考虑时延的绳驱多关节机械臂运动控制方法，其特征在于，对角矩阵δk通过滑模变量s...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢远龙，周开来，王书亭，李虎，张鸿洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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