(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211164762.6 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 北京航空航天大 学杭州创新研究院 地址 310051 浙江省杭州市滨江区长河街 道创慧街18号 (72)发明人 余翔　张宇　吕尚可　陈泽帅　 郭克信　郭雷　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 江亚平 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种旋翼飞行机 械臂复合分层抗干 扰方法 (57)摘要 本发明涉及一种旋翼飞行机械臂复合分层 抗干扰方法， 在旋翼飞行机械臂执行空中操作任 务时， 由于其存在较强的内部动态耦合和质心偏 移， 以及自身的模型不确定性和基座浮动等问 题。 针对存在的多源干扰影响， 本发明提出了三 个子控制器， 在无人机控制方面， 包括一个鲁棒H ∞位置控制器， 用于处理施加在无人机位置环的 动态耦合力。 一个复合自适应抗干扰控制器来保 证无人机姿态环的控制精度， 在机械臂控制方 面， 采用一个基于势场的运动学控制器来抑制基 座浮动。 本发 明可以保证无人机在悬停状态下完 成对目标物体的精准 抓取。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115366109 A 2022.11.22 CN 115366109 A 1.一种旋翼飞行机械臂复合分层抗干扰方法， 其特征在于， 将无人机和机械臂进行解 耦控制， 将无人机和机械臂视为两个独立的实体， 将它们之间的动态耦合分别看作施加在 无人机和机械臂上的干扰； 采用了微分平坦的方法， 由电机提供的期望升力Fd和期望的旋 转矩阵Rd计算得到无机人期望的欧拉角 设置干扰观测器 对施加在无 人机旋转运动上的干扰进行快速补偿； 设置姿态速度 并基于此设置一个滑膜项s， 用于 处理旋转运动上的干扰抑制问题， 并设置自适应控制项 λ用于处理有界干扰， 设置无人机姿 态环的整体控制输入τ； 在无人机的位置环， 由于误差的有界性， 设置一个线性H∞控制器用 于处理作用在无人机上的力扰动以及位置环和姿态环之 间的相互作用效应； 在机械臂的控 制上， 设置一个基于势能函数 的运动学控制器用于保证在抓取任务过程中， 空中操纵器的 末端执行器准确地跟踪给定的位置或轨 迹指令， 同时处 理基座浮动问题。 2.根据权利要求1所述的旋翼飞行机 械臂复合分层抗干扰方法， 其特 征在于： 为无人机位置环的线性H∞控制器设置一个虚拟控制输入 v： 式中， 增益矩阵K＝WX‑1， 其中X＝P‑1， W是根据 Schur补引理， 通过求解以下线性矩阵不等 式得到的： 式中 其中0表示零矩阵， In表示nxn的单位矩阵； C＝I6， X＝P‑1， 其中P为选取的正定对称的矩阵， χ为 一正的常值， W 为待求解矩阵； 在无人机的姿态 环， 设置一个整体控制输入 τ： 其中， Ks、 Ka表示增益， 表示惯性矩阵， 表示向心力矩和科里奥利力矩， 表示机体欧拉角， 表示期望的姿态角速度， 为 的一阶导数； 式中包括一个滑膜项s、 一个自适应控制项 λ和干扰观测器 其中， α 为 正的增益， 表示姿态角跟踪误差； 为ea的导数； 式中， ||.||表示二范数， ρ 为一个正的常值， 表示对力矩干扰边界b2的估计； 式中， 表示辅助向量， L表示待设计的正定增益矩阵， 表示设计的辅助方程，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115366109 A 2满足 在机械臂 的控制上， 设置一个抑制浮动基座的基于势能函数的运动学控制器， 提供机 械臂各个关节的参 考角速度： 其中， T2表示设计的联合雅可比矩阵， 表示T2的伪逆， 表示T2的转置； Δε为所设计 势能函数的梯度， 为无人机给机械臂的干扰边界b4的估计， sat(aΔxe)为设计的饱和函 数。 3.根据权利要求2所述的旋翼飞行机械臂复合分层抗干扰方法， 其特征在于： 构造李亚 普诺夫函数对设计控制器机 械臂末端执 行器控制误差收敛的稳定性进行证明： 其中， P(Δxe)为设计的势能函数， κb为增益， 为b4的估计误差， bs表示一个正的常值， 为机械臂关节角速度跟踪误差 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115366109 A 3