(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 202211056964.9 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 长江师范学院 地址 408100 重庆市涪陵区 聚贤大道16号 (72)发明人 胡建兵　曾金全　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 周科技 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种机械臂控制器设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种机械臂控制器 设计方法， 根据全身姿态控制得到机械臂动力学模型， 根据 角度变化得到力矩增量方程， 在此基础上设计分 数阶反馈控制器满足机械臂运动平稳性要求。 同 时， 针对分数阶控制器具有长记忆 性计算复杂这 一难点， 本发 明提出了对控制器截 取有限长度的 方法， 并设计了快速算法。 本发明提出的方法既 能降低抖振满足机械臂运动平稳性需要， 又不显 著增加计算开销， 满足实时性要求， 同时算法易 于实现。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115366106 A 2022.11.22 CN 115366106 A 1.一种机 械臂控制器设计方法， 其特 征在于： 具体包括： 根据工件特征， 建立机械手末端位置以及作用力关系； 利用全身位置姿态控制得到各 机械臂动力学模型； 设置机械臂采样间隔时间， 根据全身姿态方程求解各采样时刻期望的关节角度； 根据 期望的角度， 建立电机力矩变化方程； 根据动力学模型和电机力矩变化方程得到一步驱动力矩增量与期望的关节角度的关 系表达式， 根据该关系设计比例反馈、 分数阶微分反馈的综合控制器； 将分数阶控制器离散化， 并截取固定长度作为反馈控制器， 实现机械臂控制， 更新关节 角度信息 。 2.根据权利要求1所述的机械臂控制器设计方法， 其特征在于： 设计比例反馈、 分数阶 微分反馈的综合控制器， 具体如下： 首先， 构建各机 械臂动力学模型： 其中， t表示时间， q(t)表示t时刻的关节角度， 和 分别表示q(t)的一阶导和二 阶导， M(q(t))为正定惯性矩阵， 为科里奥利、 离心力 矩阵， G(q(t))为重力力 矩 矩阵， τ(t), τd(t)分别为驱动力矩和干扰力矩； 其次， 建立电机力矩变化方程： Δ τ(t+dt)＝ τ(t+dt) ‑τ(t)                         (2) 其中dt为采样间隔时间， Δτ(t+dt)为一步驱动力矩增量， q(t+dt)为t+dt时刻期望的 关节角度； M(q(t+dt) ), G(q(t+dt) )由相应的雅克比矩阵得到： M(q(t+dt) )≈M(q(t) )+M’(q(t))dt. 其中M’(q(t))表示M(q(t)的导数， 表示 的导数； 最后， 设计比例反馈、 分数阶微分反馈的综合控制器u(t)： 其中β 表示分数阶微分阶次， 表示q(t)的分数阶微分， 其定义表达式为： 其中ξ 为自变量。 3.根据权利要求2所述的机械臂控制器设计方法， 其特征在于： 建立离散分数阶微分表 达式如下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115366106 A 2其中 表示对 圆整， 表示离散分数阶微分； 对公式(6)截取有限长度 L∈N+， 得 到： 根据卷积运 算性质， 得到： 根据公式(8)计算权系数W(1)＝1‑β,W(2)＝2‑β,W(3)＝3‑β,…,W(L)＝L‑β， 得到： 将式(9)代入控制器 式(4)， 实现控制算法， 实现机械臂控制， 更新关节参数即关节角度 信息。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115366106 A 3