【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人控制，具体为一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法。
技术介绍
1、通过自主调整位置和姿态，人形机器人能够实现跟踪三维轨迹，完成火灾救援、资源勘查、电力维修、航天器捕获等作业任务。针对人形机器人在外界扰动和未建模动态综合作用下的轨迹精确跟踪问题，目前关于人形机器人路径跟踪常用的方法有力反馈控制方法，包括非奇异终端滑模有限时间控制器、模糊逻辑策略、神经网络技术重、自适应终端滑模捕获控制器等。
2、经检索国内外相关专利和文献，关于机器人在薄壁零件的铣削运动控制方法方面，有比如参考文献《类lyapunov理论在类人形机器人任务空间内跟踪的应用》考虑了类人形机器人的各种不确定因素，提出了类lyapunov方法，设计出具有鲁棒性功能的任务空间控制器，该方法得到的控制器不但在有限确定时间内达到稳定跟踪,而且不需要雅可比矩阵求逆，对一定类型的外部干扰具有鲁棒性功能，但该方法在确保平稳移动过渡时，难以达到平衡效果。另有文献《基于动作捕捉的人形机器人遥操作动作重定向技术》，利用基于误差最优化的动作重定向技术将人体动作捕捉数据映射到人形机器人模仿人体动作完成遥操作任务,同时能够在遥操作过程在质心调节和三点支撑法自动切换保持平衡，但该方法对系统不稳定的振荡行为抑制作用不明显。再比如专利申请号：cn202310103939.x的专利技术专利《一种人形机器人轨迹跟踪方法及其轨迹跟踪系统》通过采集待处理图像，对图像进行预处理，采用roi感兴趣区对图像进行区域划分，将图像横向划分为五个矩形区域，依照轨迹类型及轨迹中心点坐标位置
3、上述专利虽然有部分关于人形机器人在路径跟踪控制方法的研究，但控制方法均比较复杂，缺乏灵活性，增加了控制器抖振，而本专利技术提出的一种通过自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，能够在更短时间收敛到稳态误差界内，实现有限时间路径跟踪，提高人形机器人稳定性与鲁棒性。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，解决了上述
技术介绍
中提出的现有人形机器人控制方法比较复杂，缺乏灵活性，增加了控制器抖振的问题。
2、本专利技术提供如下技术方案：一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，通过自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现一种人形机器人有限时间路径跟踪控制，包括以下步骤：
3、s1、通过牛顿-欧拉方程进行阻抗控制和控制力矩的分析，建立人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型，建立的矩阵表达模型为：
4、
5、式中：j为惯性坐标系和机构坐标系之间的转换矩阵，m(θe)为实对称惯性矩阵，为哥氏力和离心力矩阵，h(θe)为重力矩阵,η为姿态角位移量，g(η)为恢复力矩阵；
6、s2、将人形机器人运动学速度控制器分为角速度子系统控制器和位置子系统控制器；
7、s3、针对人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型，设计角速度子系统控制模型，使得实际角速度能在有限时间内收敛到期望角速度；针对角速度子系统控制模型，选取积分滑模面；
8、角速度子系统控制模型为：
9、式中：ωc为实际角速度，为期望角速度，α为正数，k均为常数，θe为角度；
10、s4、由人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型得到的实际角速度，设计出人形机器人位移子系统模型：
11、
12、式中：vc是实际线速度，是期望线速度，xe和ye分别表示人形机器人在x方向和y方向的位移；
13、s5、针对人形机器人位移子系统模型，设计自抗扰干扰观测器：
14、
15、式中：tanh(·)是双曲函数的一种，sig(·)是高斯径向基函数，λ为约束力向量，n、i分别为人形机器人的质量和惯性矩阵，δ为外部干扰，为观测误差；
16、s6、设计二阶滑模有限时间轨迹跟踪的控制输入向量τ，使人形机器人的实际位移能够准确跟踪给定位移；
17、
18、式中：σ和ρ分别为人形机器人的伺服电机产生的驱动力矩，γ(·)是伽玛函数，r1和r2为正常数；
19、s7、调节控制参数和二阶滑模有限时间轨迹跟踪的控制输入向量，使得人形机器人跟踪误差在有限时间内完成最小收敛。
20、优选的，s7中选择lyapunov函数为：
21、式中：对v(τ)进行求导，调节控制参数，当满足由二阶滑模有限时间轨迹跟踪的控制输入向量τ，即可得到人形机器人跟踪误差在有限时间内完成最小收敛。
22、优选的，针对人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型，调节α和k两个变量，通过设计角速度子系统控制模型，使得实际角速度能在有限时间内收敛到期望角速度。
23、优选的，选取的积分滑模面为：
24、
25、式中：ξ是辅助变量，λ1、λ2均为正数，tan(·)为正切函数。
26、优选的，当自抗扰干扰观测器精确估计到外部干扰时，观测误差在有限时间收敛到原点附近的邻域内。
27、优选的，采用自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现人形机器人有限时间路径跟踪控制，补偿因参数摄动导致的系统不确定性，具有在线调节权值和人形机器人的控制参数的能力，具有运动模型简单和自由度耦合性弱的特点。
28、与现有技术对比，本专利技术具备以下有益效果：
29、1、该人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，采用自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现人形机器人有限时间路径跟踪控制，能在有限时间内对外界环境干扰进行估计，可以有效补偿因参数摄动导致的系统不确定性，相有着更好的容错效果，在更短时间收敛到稳态误差界内，提高了人形机器人稳定性与鲁棒性。
30、2、该人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，具有在线调节权值和人形机器人的控制参数的能力，具有运动模型简单和自由度耦合性弱的特点，且在运行过程中不易受到外部环境干扰，增加了人形机器人自适应能力。
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1.一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于，通过自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现一种人形机器人有限时间路径跟踪控制，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：S7中选择Lyapunov函数为：
3.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：针对人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型，调节α和k两个变量，通过设计角速度子系统控制模型，使得实际角速度能在有限时间内收敛到期望角速度。
4.根据权利要求3所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：选取的积分滑模面为：
5.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：当自抗扰干扰观测器精确估计到外部干扰时，观测误差在有限时间收敛到原点附近的邻域内。
6.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：采用自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现人形机器人有限时间路径跟踪控制，补偿因参数摄动导致的系统不确定性，具有在线调节权值和人形机器人的
...【技术特征摘要】
1.一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于，通过自抗扰干扰观测器和二阶滑模实现一种人形机器人有限时间路径跟踪控制，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：s7中选择lyapunov函数为：
3.根据权利要求1所述的一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法，其特征在于：针对人形机器人非线性动力学的矩阵表达模型，调节α和k两个变量，通过设计角速度子系统控制模型，使得实际角速度能在有限时间内收敛到期望角速度。
4.根据权利要求3所...
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