一种机械臂外力矩估计方法

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1.一种机械臂外力矩估计方法，其特征在于，包括：步骤S1，采用牛顿-欧拉法建立机械臂动力学模型，所述动力学模型表示为一组非线性矩阵形式的耦合微分方程；步骤S2，采用整体参数辨识法对所述机械臂动力学模型进行辨识，即对所述耦合微分方程作参数线性化处理；步骤S3，定义机械臂的广义动量并求导，结合辨识后的动力学模型和动力学特性公式，获得广义动量系统离散化模型；步骤S4，基于所述广义动量系统离散化模型，构造外力矩观测器；步骤S5，根据外力矩观测误差的变化，设计自适应模糊增益策略，进行外力矩观测器中增益参数的动态调节，获得模糊自适应广义动量离散观测器；步骤S6，基于所述模糊自适应广义动量离散观测器，计算获得机械臂外力矩估计值；其中，所述步骤S3具体包括：将机械臂的广义动量定义为，广义动量p对时间进行求导后的公式为/>；则连续时间域下的广义动量系统模型公式如下：
；上式中，分别表示机械臂的关节位置信息、速度信息和加速度信息，是机械臂关节数；/>表示对称正定惯性矩阵；/>表示科氏力和离心力矩阵；表示重力矩阵；表示摩擦力，其包含库仑摩擦和黏性摩擦；/>分别表示关节电机驱动力矩和外部力矩；Nf进一步，定义辅助变量，代入广义动量系统模型公式，获得广义动量系统离散化模型，其公式如下：
；式中，和/>分别表示广义动量p和外部力矩/>在时刻的采样值，h为采样周期；k在步骤S4中，所述外力矩观测器的公式如下：
；式中，和/>分别为/>和/>在时刻的观测值，/>为广义动量观测误差，增益参数/>为各元素大于0的对称矩阵，/>；定义/>为外力矩估计误差；k观测器误差动力学方程满足：
；式中，I为单位矩阵，当选取合适的，观测器误差动力学方程是全局渐近收敛的, 且增益参数/>和/>分别为影响观测器输出超调和抖振的两个参数；在步骤S5中，所述进行外力矩观测器中增益参数的动态调节，包括：获取专家经验，将其编成模糊逻辑规则；根据所述模糊逻辑规则，选用Sugeno型模糊推理算法构建二维模糊逻辑控制系统；将观测误差和观测误差的变化量/>分别作为二维模糊逻辑控制系统的模糊输入，经过推理后获得模糊输出，并将所述模糊输出添加到增益参数/>和/>中。。详见官网：www.macrodatas.cn