(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 202211015538.0 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 李剑飞　张晓东　张沛　梁常春　 赵志军　辛鹏飞　田健　许哲　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 张欢 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种无需力传感器的空间机械臂自适应混 合阻抗控制方法 (57)摘要 本发明提供了一种无需力传感器的空间机 械臂自适应混合阻抗控制方法， 包括： 建立解耦 递推自适应动力学控制器， 对空间机械臂惯性参 数进行自适应处理； 建立无需力传感器的外力估 计器， 实现无需力传感器对机械臂任意位置受力 进行估计； 根据解耦递推自适应动力学控制器和 无需力传感器的外力估计器， 建立自适应混合阻 抗控制， 得到无需力传感器的自适应 混合阻抗控 制策略， 在根据需求划分的任务子空间实现位置 控制或阻抗控制。 本发明的方法可显著提高空间 机械臂执行接触任务时对自身动力学参数以及 环境参数不确定性的自适应能力。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 115476356 A 2022.12.16 CN 115476356 A 1.一种无需力传感器的空间机 械臂自适应混合阻抗控制方法， 其特 征在于， 包括： 建立解耦递推自适应动力学控制器， 对空间机 械臂惯性参数进行自适应处 理； 建立无需力传感器的外力估计器， 实现无需力传感器对机械臂任意位置受力进行估 计； 根据解耦递推自适应动力学控制器和无需力传感器的外力估计器， 建立自适应混合阻 抗控制， 得到无需力传感器的自适应混合阻抗控制策略， 在根据需求划分的任务子空间实 现位置控制或阻抗控制。 2.根据权利要求1所述的一种无需力传感器的空间机械臂自适应混合阻抗控制方法， 其特征在于： 所述建立解耦递推 自适应动力学控制器， 对空间机械臂惯性参数进行自适应 处理， 包括： 建立复合 解耦控制律； 建立解耦复合自适应律， 对不确定动力学参数进行处 理； 采用所述复合解耦控制律和解耦 复合自适应律， 令机械臂在自由空间按照非规则连续 轨迹运行， 直到惯性 参数收敛性满足要求。 3.根据权利要求2所述的一种无需力传感器的空间机械臂自适应混合阻抗控制方法， 其特征在于： 所述建立复合 解耦控制律， 包括： 根据如下控制律方程 递推计算关节输出控制力矩： Vr0＝O6×1 τi＝z6TFri， 其中， 第i个连 杆的广义速度 n为正整数； vi为空间机械臂第i个连杆的线速度在其本体坐标系∑i中的表示， ωi为空间机械臂第 i个连杆的线速度在其本体坐标系∑i中的表示； iTi‑1为坐标系∑i‑1到坐标系∑i的广义变换矩阵： iCi‑1是旋转矩阵， 为坐标系∑i原点在坐标系∑i‑1中的表示； τi为关节i的输出控制力矩， 为关节角速度 的第i个分量， q为关节角度， 为关节参 考速度 轨迹的第i个分量； z6为列向量， z6＝[0， 0， 0， 0， 0， 1]T； Vri为连杆i的参考速度； Vr0为 Vri的初值； Fri为连杆i的参考力； Mi是连杆i的惯性矩阵， Ci是连杆i的科里奥利和离心力矩阵， Gi是连杆i的重力矩阵； Yri 是动力学方程的线性回归矩阵， θi是相应的空间机械臂惯性参数向量； 分别 是Mi， Ci， Gi， θi估计值， KDi是正定对称矩阵；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115476356 A 2其中， mi为连杆i的质量； I3×3为单位矩阵；iIi为连杆i的转动惯量阵， 为连杆i的质心 位置，iCci为本体坐标系∑i相对惯性系的旋转矩阵。 4.根据权利要求3所述的一种无需力传感器的空间机械臂自适应混合阻抗控制方法， 其特征在于： 所述建立 解耦复合自适应律， 对不确定动力学参数进行处 理， 包括： 利用机械臂的机 械能构建与动力学参数的线性关系： Ej＝Uj(Vj)θj， 其中， Ej为连杆j的机械能， Uj为机械臂的机 械能与动力学参数的线性关系的回归矩阵； 机械臂的功率 为： 其中， τ 为以关节i的输出控制力矩 τi作为元素构成的列向量； 利用一阶滤波器得 出应用于复合自适应算法的动力学的线性关系式： 其中， λ为正常数， p为微分算子， Wj为机械臂的机械能与动力学参数的线性关系的关于 惯性参数θj的回归矩阵， j＝1， 2， . ..， n； 每个关节的自适应律由如下公式求 解： 其中， 滑模函数si＝Vi‑Vri， Pi为正定矩阵。 5.根据权利要求4所述的一种无需力传感器的空间机械臂自适应混合阻抗控制方法， 其特征在于： 所述采用所述复合解耦控制律和 解耦复合自适应律， 令机械臂在自由空间按 照非规则连续轨 迹运行， 直到惯性 参数收敛性满足要求， 包括： 所述非规则连续轨 迹的表达式为： qd＝qd(t) 其中， qd为关节角的期望 轨迹， 为关节角速度的期望 轨迹； 关节参考速度 其中， Λ为正定矩阵；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115476356 A 3