本技术公开了一种人形机器人有限时间路径跟踪控制方法,涉及机器人控制技术领域,具体采用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,具体步骤为:建立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;设计人形机器人位移子系统模型;设计自抗扰干扰观测器;设计二阶滑模有限时间轨迹跟踪的控制输入向量,使人形机器人的实际位移能够准确跟踪给定位移,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。本发明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,提高人形机器人稳定性、鲁棒性和自适应能力。
背景技术
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。
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的发明专利《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得出机器人运动指令,判断运动指令的正确性,确定机器人的最终运动指令。该方法由于对数学模型准确性要求较高,所以增加了检测难度。
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,而本发明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。
实现思路