(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 202210520516.3 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 郑先杰　张胜涛　丁萌　戴豪杰　 郭毓　郭健　马国梁　吴益飞　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 王安 (51)Int.Cl. B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种线驱连续型机械臂无模型自适应位置 控制方法 (57)摘要 本发明公开了一种一种线驱连续型机械臂 无模型自适应位置控制方法， 首先根据机械臂驱 动线缆长度变化和末端位置， 采用紧格式动态线 性化方法， 将连续型机械臂的复杂非线性模型等 价为增量式动态线性时变模型， 之后分别构建线 驱连续型机械臂位置控制器、 伪雅可比矩阵估计 模型和伪雅可比矩阵重置模型， 基于伪雅可比矩 阵确定线驱连续型机械臂位置控制器的输入量 Δu， 通过控制器控制机械臂运动至三维空间中 的目标位置， 从而完成线驱连续型机械臂无模型 自适应位置控制。 本发明的技术方案位置控制精 度高， 且不依赖系统数学模型， 控制器参数自适 应， 收敛速度快， 鲁棒性强， 为连续体的控制问题 提供了新的解决思路。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115008446 A 2022.09.06 CN 115008446 A 1.一种线驱连续型机 械臂无模型自适应位置控制方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 实时采集线驱连续型机 械臂的线缆长度变化Δu和末端位置(px,py,pz)数据； 步骤2、 利用紧格式动态线性 化方法构建线驱连续型机 械臂动态线性时变模型； 步骤3、 构建线驱连续型机 械臂位置控制器； 步骤4、 根据伪雅可比矩阵估计准则函数， 构建伪雅可比矩阵估计模型； 步骤5、 构建伪雅可比矩阵重 置模型； 步骤6、 根据伪雅可比矩阵确定线驱连续型机械臂位置控制器的输入量Δu， 通过控制 器控制机械臂运动至三维空间中的目标位置， 完成线驱连续型机械臂无模 型自适应位置控 制。 2.根据权利要求1所述的线驱连续型机械臂无模型自适应位置控制方法， 其特征在于， 所述步骤2中的构建机 械臂动态线性时变模型， 具体为： 步骤2‑1、 以绳长为输入， 末端位置为输出， 将线驱连续型机械臂系统表示为如下所示 的一类多输入多输出离 散时间非线性 函数： p(k+1)＝f(p(k), …,p(k‑np),u(k),…,u(k‑nu)) 其中， 分别表示k时刻系统的输出和输入， p(k )为机械臂末端位 置， u(k)为线缆长度配置； 系统阶数np， nu是两个正整数； 是未知非线 性向量值函数； 步骤2‑2、 利用紧格式动态线性化方法将线驱连续型机械臂系统的多输入多输出离散 时间非线性 函数转化为紧格式动态线性时变模型： 当||Δu(k)||≠0时， 将步骤2 ‑1的多输入多输出离散时间非线性函数转化为 紧格式动 态线性时变模型： Δp(k+1)＝Φc(k)Δu(k) Δp(k+1)＝p(k+1) ‑p(k) Δu(k)＝u(k) ‑u(k‑1) 式中， 为线驱连续 型机械臂系统的伪雅 可比矩阵， 在采样周期和Δu(k)变化较小的情况下， Φc(k)为一系列慢时变参数， 且对任意时刻k， Φc (k)有界。 3.根据权利要求2所述的线驱连续型机械臂无模型自适应位置控制方法， 其特征在于， 所述步骤3中的构建线驱连续型机 械臂位置控制器， 具体为： 步骤3‑1、 利用步骤2获取的紧格式动态线性时变模型， 设置控制输入准则函数： J(u(k))＝||p*(k+1)‑p(k+1)||2+λ||u(k)‑u(k‑1)||2 其中， p*(k+1)为(k+1)时刻的期望 输出， λ＞0为控制权 重因子； 步骤3‑2、 控制输入准则函数对输入u(k)求导， 并令其等于0， 得到线驱连续型机械臂位 置控制器：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115008446 A 2式中， ρ ∈(0,1]为控制步长因子 。 4.根据权利要求2所述的线驱连续型机械臂无模型自适应位置控制方法， 其特征在于， 所述步骤4中的构建伪雅可比矩阵估计模型， 具体为： 步骤4‑1、 设计伪雅可比矩阵估计准则函数： 其中， μ＞0为估计权 重因子； 步骤4‑2、 构建伪雅可比矩阵估计模型： 将伪雅可比矩阵估计准则函数对Φc(k)求导， 并令其等于0， 得到伪雅可比矩阵估计模 型： 式中， η∈(0,1]为估计步长因子 。 5.根据权利要求4所述的线驱连续型机械臂无模型自适应位置控制方法， 其特征在于， 所述步骤5中的构建伪雅可比矩阵重 置模型， 具体为： 当 或 或 时， 使 式中， 为 的初值， i ＝1,2,3， j＝1,2,3， ε是任意小正常数， M为 的上确界。 6.根据权利要求1所述的线驱连续型机械臂无模型自适应位置控制方法， 其特征在于， 所述步骤6中的控制 机械臂运动至三维空间中的目标位置， 完成线驱连续型机械臂无模型 自适应位置控制， 具体为： 步骤6‑1、 利用步骤4中的伪雅可比矩阵估计模型确定k时刻的伪雅可比矩阵； 步骤6‑2、 将伪雅可比矩阵的估计值代入步骤3构建的线驱连续型机械臂位置控制器 中， 驱动线驱连续型机 械臂运动； 步骤6‑3、 判断线驱连续型机械臂的末端位置与期望位置的欧式距离是否小于设定的 阈值， 若是则转入步骤6 ‑5， 否则转入步骤6 ‑4； 步骤6‑4、 确定(k+1)时刻的伪雅可比矩阵的估计值， 并利用伪雅可比矩阵重置模型判 断其是否需要重置， 若是则重置(k+1)时刻的伪雅可比矩阵， 并令k＝k+1， 转入步骤6 ‑2； 否 则令k＝k+1， 并转入步骤6 ‑2； 步骤6‑5、 线驱连续型机械臂到达期望位置， 完成线驱连续型机械臂的无模型自适应位 置控制。 7.一种线驱连续型机 械臂无模型自适应位置控制系统， 其特 征在于， 包括以下模块： 线驱连续型机 械臂位置控制器模块： 用于构建线驱连续型机 械臂位置控制器； 伪雅可比矩阵估计模块： 用于估计线驱连续型机 械臂的伪雅可比矩阵参数； 伪雅可比矩阵重 置模块： 用于对 满足要求的伪雅可比矩阵进行重 置。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115008446 A 3