【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械臂控制，尤其涉及一种基于负载估计的水下游动机械臂控制方法。
技术介绍
1、现有技术中，水下游动机械臂在执行作业任务时主要依靠推进器调节自身位姿，然而推进器的死区特性可能削弱其运动性能。推进器死区是指在某些输入范围内，推进器无法产生有效推力的情况，大大增加了水下游动机械臂运动控制的难度。因此研究水下游动机械臂的推进器死区补偿问题，是提升其在复杂海洋环境中操作性能的关键；水下游动机械臂在抓取负载后，其机械臂质量分布和惯性参数等动力学特性会发生变化，这可能会干扰水下游动机械臂的运动平衡，针对水下机器人在抓取负载后的抗扰控制问题，现有方案设计包括但不限于比例积分导数控制、模型预测控制及滑模控制等。
2、中国专利公开号：cn117140507a公开了一种复杂环境中水下游动机械臂的能耗最优路径规划算法，包括以下步骤：步骤s1，建立水下游动机械臂的前向运动学模型，所述模型选择北东地坐标系建立水下游动机械臂位姿的参考坐标系；步骤s2，对水下游动机械臂基座进行第一层路径规划，所述第一层路径规划在q-rrt*算法的基础上通过高斯与人工势场相结合的方法获得随机采样点以减少生成冗余节点的概率，并且，所述第一层路径规划通过i nformed-rrt*节点拒绝策略以加快所述水下游动机械臂的前向运动学模型的收敛速度；步骤s3，在第一层路径规划条件下，对所述基座和各关节角度进行第二层路径规划，所述第二层路径规划在所述第一层路径规划的基础上对所述模型通过若干次迭代以减小能量消耗以得到能量最优的水下游动机械臂基座路径规划以使所述机械臂
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，用以克服现有技术中的由于水下游动机械臂的轻基座、多关节等特点使其在复杂环境扰动下难以保持运动稳定性的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，包括：
3、步骤s1，根据机械臂的运动数据分别建立机械臂的运动学模型和动力学模型；
4、步骤s2，根据水下噪声判定环境干扰程度是否符合要求，在不符合要求时确定调节方式，包括对机械臂的位姿变化速度进行调节，或对所述运动学模型和所述动力学模型的数据融合范围进行调节；
5、步骤s3，按照所述调节方式获取机械臂的当前时刻位姿；
6、步骤s4，基于所述运动学模型、所述动力学模型以及所述当前时刻位姿分别计算积分滑模控制器的输出参数和扩张状态观测器的补偿输出参数；
7、步骤s5，根据所述积分滑模控制器的输出参数和所述扩张状态观测器的补偿输出系数计算机械臂的力矩；
8、步骤s6，根据所述力矩计算机械臂的若干推进器进行推力分配以获取若干推力值；
9、步骤s7，根据所述扩张状态观测器的补偿输出参数计算所述机械臂的负载质量；
10、步骤s8，按照所述推力值和所述机械臂的负载质量将所述机械臂调整至更新位姿；
11、步骤s9，若所述更新位姿与目标位姿不一致，则重复所述步骤s3-所述步骤s8，直至机械臂达到所述目标位姿。
12、进一步地，所述步骤s2，包括：
13、获取所述扩张状态观测器位置的水下噪声；
14、将所述水下噪声分别与预设第一水下噪声和预设第二水下噪声进行对比；
15、若所述水下噪声大于所述预设第一水下噪声，则判定所述环境干扰程度不符合要求；
16、在所述水下噪声大于所述预设第二水下噪声时，对所述机械臂的位姿变化速度进行减小；
17、在所述水下噪声大于所述预设第一水下噪声且小于等于所述预设第二水下噪声时，初步判定所述扩张状态观测器的准确性不符合要求，并获取单个检测周期内扩张状态观测器的灵敏度变化量；
18、若所述灵敏度变化量大于预设变化量，则二次判定所述扩张状态观测器的准确性不符合要求，并对所述运动学模型和所述动力学模型的数据融合范围进行增加，
19、其中，所述机械臂的位姿变化速度与所述水下噪声呈负相关，所述数据融合范围与所述灵敏度变化量呈正相关；所述单个检测周期内扩张状态观测器的灵敏度变化量为检测周期开始时的灵敏度与所述检测周期结束时的灵敏度的差值。
20、进一步地，所述建立机械臂的运动学模型，包括：
21、定义所述机械臂在世界坐标系{w}下的状态向量，定义机械臂在基座坐标系{b1}下的速度向量，定义所述机械臂的各连杆的运动旋量；
22、根据所述状态向量和所述速度向量计算所述机械臂的各连杆{bi}在世界坐标系下{w}的位姿，所述位姿表示为，
23、
24、其中，hi为连杆i的位姿，和为第i个连杆坐标系{bi}相对于所述世界坐标系{w}的旋转矩阵和位置向量，0m×n表示大小为m×n的零矩阵。
25、进一步地，所述建立动力学模型，包括：
26、建立所述机械臂的广义惯性矩阵；
27、根据所述广义惯性矩阵建立所述动力学模型的表达式；
28、根据所述动力学模型的表达式计算所述力矩；
29、其中，所述动力学模型的表达式为，所述力矩的表达式为τ＝m(uadaismc+ueso)，
30、m为所述广义惯性矩阵，x1和x2分别为所述基座坐标系{b1}下的状态向量和速度向量，τ为所述力矩，n包括所述运动学模型的不确定性向量和外部扰动因素向量；uadaismc为自适应积分滑模控制器的输出参数，ueso为扩张状态观测器的补偿输出参数。
31、进一步地，所述计算扩张状态观测器的补偿输出参数，包括：
32、定义扩展状态向量为z＝[z1 z2 z3]t＝[x1 x2 n]t，其中，z3包括未知外部扰动和模型不确定性的扩展状态量；
33、根据所述扩展状态向量设计所述扩张状态观测器的状态观测值向量为，
34、
35、其中，为所述状态观测值向量；ρ1、ρ2、ρ3为扩张状态观测器的增益；
36、基于所述状态观测值向量确定所述扩张状态观测器的补偿输出参数
37、进一步地，所述计算积分滑模控制器的输出参数，包括：
38、定义所述机械臂的基座连杆跟踪误差为e＝ξ-ξd，其中ξd为所述基座连杆在世界坐标系{w}下的期望位姿和各关节期望角度；
39、根据所述期望位姿和所述各关节期望角度确定积分滑模面为其中，c1为积分滑模面比例增益的正定对角矩阵，c2为积分滑模面积分增益的正定对角矩阵；
40、对所述积分滑模面求导得到：即
41、根据求导后的所述积分滑模面确定所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S2，包括：
3.根据权利要求2所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述建立机械臂的运动学模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述建立动力学模型，包括：
5.根据权利要求4所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述计算扩张状态观测器的补偿输出参数，包括：
6.根据权利要求5所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述计算积分滑模控制器的输出参数，包括：
7.根据权利要求6所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S5，包括：
8.根据权利要求7所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S6，包括：
9.根据权利要求8所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤S7，包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤s2，包括：
3.根据权利要求2所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述建立机械臂的运动学模型，包括：
4.根据权利要求3所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述建立动力学模型，包括：
5.根据权利要求4所述的基于负载估计的水下游动机械臂控制方法，其特征在于，所述计算扩张状态观测器的补偿输出参数，包括：
6.根据权利要求5所述...
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