(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 202210687488.4 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 桂林电子科技大 学 地址 541004 广西壮 族自治区桂林市七 星 区金鸡路1号 申请人 桂林航天工业学院 (72)发明人 龙诗科　党选举　孙山林　 (74)专利代理 机构 北京国坤专利代理事务所 (普通合伙) 11491 专利代理师 赵红霞 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 机械臂干扰力矩估计方法、 装置、 设备及存 储介质 (57)摘要 本申请公开了一种机械臂干扰力矩估计方 法、 装置、 设备及存储介质， 所述方法包括： 建立 机械臂动力学模型并基于其获得传统动量观测 器； 将传统动量观测器与超螺旋算法相结合后获 得采用sigmoid函数的基于动量状态的观测器； 根据基于动量状态的观测器构造干扰观测器； 基 于所述干扰观测器进行干扰力矩估计。 在保持稳 定性的同时， 克服了 类似滑模方法的颤振缺 点。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114952857 A 2022.08.30 CN 114952857 A 1.一种机 械臂干扰力矩估计方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 建立机械臂动力学模型并基于其获得传统动量观测器； 将传统动量观测器与超螺旋算法相结合后获得采用sigmoid函数的基于动量状态的观 测器； 根据基于动量状态的观测器构造 干扰观测器； 基于所述干扰观测器进行干扰力矩估计。 2.根据权利要求1所述的机械臂干扰力矩估计方法， 其特征在于， 所述建立机械臂动力 学模型并基于其获得传统动量观测器， 其中， 建立机 械臂动力学模型 具体为： 根据欧拉 ‑拉格朗日公式建立机 械臂系统模型的动力学 方程， 该动力学 方程如下， 其中， M(q)为与机械臂实际模型质量、 质心位置、 角度相关的二阶角度导数项矩阵； 为与机械臂实际模型质量、 质心位置、 角度相关的一阶角度导数项矩阵； g(q)为重力 作用在机械臂上面的重力向量； τm为关节力矩； d为干扰量， 即需要进行估计 的外界干扰力 矩量。 3.根据权利要求2所述的机械臂干扰力矩估计方法， 其特征在于， 所述建立机械臂动力 学模型并基于其获得传统动量观测器， 其中， 获得传统动量观测器包括： 1)机械臂的动量定义如下： 同时， 其导数项矩阵M(q)满足 2)根据机 械臂的动量定义和机 械臂动力学模型， 获得机 械臂动量的状态方程如下： 其中， 为矩阵 的转置； 3)基于机械臂动量的状态方程获得传统动量观测器， 如下： 4.根据权利要求1所述的机械臂干扰力矩估计方法， 其特征在于： 将传统动 量观测器与 超螺旋算法相结合后获得采用sigmo id函数的基于动量状态的观测器， 包括： 1)将所述传统动量观测器与超螺 旋算法相结合后， 获得基于符号 函数的如下 形式： 其中， Q,T∈Rn×n是正定对称矩阵； 2)将上述符号 函数替换为sigmo id函数,其中， sigmo id函数定义如下： sigm(x； a,b)＝a[(1+e‑b)‑1‑0.5] 3)在上述基础上增加一个比例项 同时将T、 Q设为随时间变化的参数 从而获得基于动量状态的观测器， 如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114952857 A 2其中， 表示机械臂的动量偏差， sig( ·)表示sigmoid函数， σ 是一个中间变量， ψ(t)和 代表随时间变化的增益系数； sigmo id函数如下 所示： sig(x； a,b)＝a[(1+e‑bx)‑1‑0.5]其中 a,b为大于零的常数。 5.根据权利要求4所述的机械臂干扰力矩估计方法， 其特征在于， 所述根据基于动量状 态的观测器构造 干扰观测器， 所述干扰观测器采用 “比例+积分 ”的形式构造如下： 其用于外界干扰力矩的估计。 6.根据权利要求5所述的机械臂干扰力矩 估计方法， 其特征在于， 所述 ψ(t)和 其随 时间变化且由自适应规则调整。 7.根据权利要求6所述的机械臂干扰力矩估计方法， 其特征在于， 所述自适应规则的调 整步骤包括， 根据动量状态观测器实时获得机械臂的动量估计值； 将动量估计值与机械臂 的实际动量值进行比较， 获得动量偏差值； 根据该动量偏 差值进行自适应规则设计， 调节 参 数增益， 该自适应规则具体如下： 其中， a,b, τ, χ, ψm为正常数。 8.一种机 械臂干扰力矩估计装置， 其特 征在于， 包括： 机械臂动力学模型构建模块， 用于根据 欧拉‑拉格朗日公式建立机械臂系统模型的动 力学方程； 传统动量观测器获取模块， 用于基于 机械臂动力学模型获取传统动量观测器； 动量状态观测模块， 用于将传统动量观测器与超螺旋算法相结合后获得采用sigmoid 函数的基于动量状态的观测模块； 干扰观测模块， 用于根据基于动量状态的观测模块构造 干扰观测模块； 干扰力矩估计模块， 用于基于 干扰观测模块进行干扰力矩估计。 9.一种设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程 序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求 1‑7中任一所述的机械臂干扰 力矩估计方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该程序被处理器 执行时实现如权利要求1 ‑7中任一所述的机 械臂干扰力矩估计方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114952857 A 3