(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 202210708886.X (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 广州大学 地址 510006 广东省广州市番禺区小谷围 街道大学城外环西路23 0号 (72)发明人 吴文强　吴伟聪　陈朝政　张春良　 朱厚耀　侯浩佳　翁润庭　 (74)专利代理 机构 北京八月瓜知识产权代理有 限公司 1 1543 专利代理师 秦莹 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 机械臂位置力混合控制方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种机械臂位置力混合控制 方法， 包括， S1、 获取机械臂期望位置； S2、 根据机 械臂期望位置计算期望机械臂关节 位置， 根据动 力学模型得出期望控制力矩； S3、 实时获取机械 臂末端传感器 反馈的机械臂实际位置和 力数据； S4、 根据改进型混合模控制方法进行位置空间控 制关节力矩， 根据PD 控制进行力空间控制关节力 矩； S5、 判断机械臂实际位置和力数据是否在允 许误差范围内， 若是， 达到目标位置后， 控制结 束， 若否， 重新执行S2 到S5。 本发明针对双级联动 的重载伸缩臂末端抖振问题， 设计一种改进型混 合幂次函数， 利用其更为平稳、 光滑特性的滑模 控制器来 提高机械臂系统的柔 顺特性。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 114888813 A 2022.08.12 CN 114888813 A 1.一种机 械臂位置力混合控制方法， 其特 征在于， 包括， S1、 获取机 械臂期望位置； S2、 根据机械臂期望位置计算期望机械臂关节位置， 根据动力学模型得出期望控制力 矩； S3、 实时获取机 械臂末端传感器反馈的机 械臂实际位置和力数据； S4、 根据改进型混合模控制方法进行位置空间控制关节力矩， 根据PD控制进行力空间 控制关节力矩； S5、 判断机械臂实际位置和力数据是否在允许误差范围内， 若是， 达到目标位置后， 控 制结束， 若否， 重新执 行S2到S5 。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据改进型混合模控制方法进行位置 空间控制关节力矩具体包括： 计算跟踪误差， 定义滑模 控制变量； 定义滑模面和设计改进型混合滑模 控制策略； 选择矩阵选择位置控制关节力矩。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述根据PD控制进行力空间控制关节力矩 具体包括： 计算期望力误差， 进行力比例调节； 计算速度误差， 进行微分调节； 选择矩阵选择力控制关节力矩。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述设计改进型混合滑模控制策略具体包 括： 定义改进型非线性 函数； 设计改进型混合幂次滑模趋 近律； 建立改进型混合幂次的滑模 控制器； 在考虑摩擦力和不确定性扰动 后， 根据动力学模型和滑模 控制器， 得到滑模 控制律； 在位置空间上完成带平 滑特性的改进型混合滑模 控制。 5.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述定义改进型非线性 函数具体包括： 定义如下改进型非线性 函数： 式中幂次函数的指数α1>0, α2>0， nfal(s, α1, α2, μ )函数在 原点附近正负对称 线段的区间 长度为0< μ<1， 幂次函数陡度 s为滑模函数， 而当滑模函数小于区间长度， 即|s|< μ， 则滑模自变量增益 较小， 反之则增益较大。 6.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 所述设计改进型混合幂次滑模趋近律具体 包括： 设计改进型混合幂次滑模趋 近律公式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114888813 A 2其中β1, β2是正奇数， 为滑模副幂次参数； k1,k2为滑模副指数参数； ε为趋近律的收敛速 率， 当|s|<μ滑模系统接近于平衡点时， 即s →0， 滑模趋近律由 主导， 此时nfal(s, α1, α2, μ )的趋近速度逐渐增大， 由于零点附近为连续光滑的幂次函数项， 幂次函数的高陡度能 保证控制系统快速 达到滑模面。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述建立改进型混合幂次的滑模控制器具 体包括： 建立改进型混合幂次的滑模 控制器采用如下公式： 其中， δ(t)， 分别代表末端执行器的理想位置、 速度和加速度， 其中Λ为正定矩阵， Dx(q)， 和Gx(q)由动力学模型空间转换 得到。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述在考虑摩擦力和不确定性扰动后， 根 据动力学模型和滑模 控制器， 得到滑模 控制律具体包括： 得到滑模 控制律采用如下公式： 其中： Fv x为 粘滞摩擦力、 Fsx为静摩擦力和Δf为不确定性干扰项fdis的混合项。 9.一种机械臂位置力混合控制装置， 其特征在于， 包括： 存储器、 处理器及存储在所述 存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时实 现如权利要求1至8中任一项所述的机 械臂位置力混合控制方法的步骤。 10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质上存储有信息传 递的实现程序， 所述程序被处理器执行时实现如权利要求 1至8中任一项 所述的机械臂 位置 力混合控制方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114888813 A 3