专利摘要

本发明公开了一种针对时变时延下柔性主‑从机器人系统的全状态控制方法，在主机器人和从机器人通过网络组成的遥操作系统中，针对主机器人和从机器人分别设计基于位置误差和速度的比例阻尼控制器和基于反步递推技术的全状态反馈控制器；设计高维一致精确差分器实现对虚拟控制器的精确差分；构造李雅普诺夫(Lyapunov)方程，建立系统时滞相关稳定准则，给出控制器参数选取标准，实现柔性主‑从机器人系统在时变时延下的全局稳定。针对柔性主‑从机器人系统，采用基于反步递推技术以及高维一致精确差分器的全状态反馈控制器，实现了控制系统在全局范围内的位置精确追踪，保证了系统的全局渐近收敛，提高了系统的鲁棒性。

权利要求

1.一种针对时变时延下柔性主-从机器人系统的全状态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：连接主机器人和从机器人，通过网络组成遥操作系统；

步骤2：测量主机器人和从机器人的各项系统参数，其中，关节和电机位置、速度信息实时进行测量；

步骤3:分别设计第一虚拟控制器和第二虚拟控制器，其中

第一虚拟控制器为：

第二虚拟控制器为：

其中，下标m表示主机器人，下标s表示从机器人，均为虚拟控制器，为虚拟控制器的一阶导数，Xm1为主机器人关节位移向量，Xs1为从机器人关节位移向量、Xs2为从机器人关节速度向量、Xs3为从机器人电机位移向量，Tm(t),Ts(t)分别为主机器人到从机器人的正向时延和从机器人到主机器人的反馈时延，αs为正常数的阻尼系数，km,ks为大于零的比例系数，分别为包含从机器人关节刚度的常数对角正定矩阵Ss的逆矩阵和转置矩阵，k1选取为正常数；

步骤4：分别设计高维一致精确差分器对第一虚拟控制器和第二虚拟控制器进行精确差分；

步骤41：

令σ1＝X1-Y1,σ2＝X2-Y2，

由式(1)(2)得到，

式中，表示虚拟控制器，表示虚拟控制器的一阶导数，表示虚拟控制器的二阶导数，Y1为虚拟控制器的估计值，Y2为的估计值，σ1,σ2为估计误差，λ1,λ2,α1＞0为系统控制增益，P为大于1的常数，且存在一个常数界L3使得不等式成立，在参数选取满足时，估计误差σ1,σ2将快速收敛于原点，从而得到的精确差分值

步骤42：

令σ3＝X3-Y3,σ4＝X4-Y4，

由式(4)(5)得到，

式中，表示虚拟控制器，表示虚拟控制器的一阶导数，表示虚拟控制器的二阶导数，Y3为虚拟控制器的估计值，Y4为的估计值，σ3,σ4为估计误差，λ3,λ4,α2＞0为系统控制增益，且存在一个常数界L4使得不等式成立，在参数选取满足时，估计误差σ3,σ4将快速收敛于原点，从而得到的精确差分值

步骤5：利用反步递推控制技术，设计柔性主-从机器人的控制器；

τm＝-km(Xm1-Xs1(t-Ts(t)))-αmXm2

其中，τm,τs为控制器提供的控制力矩，均为虚拟控制器，分别为虚拟控制器的一阶导数，Xm1为主机器人关节位移向量，Xm2为主机器人关节速度向量，Xs1为从机器人关节位移向量，Xs2为从机器人关节速度向量，Xs3为从机器人电机位移向量，Xs4为从机器人电机速度向量，Tm(t),Ts(t)分别为主机器人到从机器人的正向时延和从机器人到主机器人的反馈时延，αm,αs为正常数的阻尼系数，km,ks为大于零的比例系数，分别为包含从机器人关节刚度的常数对角正定矩阵Ss的逆矩阵和转置矩阵，Js为执行器转动惯量的常数对角矩阵，k1,k2均选取为正常数；

步骤6：构造李雅普诺夫(Lyapunov)方程，建立系统时滞相关稳定准则，给出控制器参数选取标准，实现柔性主-从机器人系统在时变时延下的全局稳定；

当控制器参数选取使得以下不等式

成立时，柔性主-从机器人系统的关节及电机速度及位置误差qm-qs均有界；

当操作者施加到主机器人的力Fh和外界环境施加到从端机器人的力Fe均为零时，控制器设计如式(7)，

其中，τm,τs为控制器提供的控制力矩，均为虚拟控制器，分别为虚拟控制器的一阶导数，Tm(t),Ts(t)分别为主机器人到从机器人的正向时延和从机器人到主机器人的反馈时延，αm,αs为正常数的阻尼系数，km,ks为大于零的比例系数，分别为包含从机器人关节刚度的常数对角正定矩阵Ss的逆矩阵和转置矩阵，Gm(Xm1),Gs(Xs1)分别为主机器人和从机器人的重力矩阵，Js为执行器转动惯量的常数对角矩阵，k1,k2均选取为正常数；

当控制器参数选取使得以下不等式

成立时，可保证柔性主-从机器人系统的关节及电机速度位置误差qm-qs渐近收敛于零点，且柔性主-从机器人系统全局渐近稳定，

其中，I为单位矩阵，Z-1,P-1分别为正定矩阵Z,P的逆矩阵，αm,αs为正常数的阻尼系数，km,ks为大于零的比例系数，假设时延Tm(t),Ts(t)有界，即存在正标量使得

2.根据权利要求1所述的针对时变时延下柔性主-从机器人系统的全状态控制方法，其特征在于，所述主机器人和从机器人的各项系统参数包括主机器人和从机器人的机械臂的长度信息和质量信息，主机器人和从机器人的关节、电机位置和速度信息，以及利用力传感器测量的操作者施加的力和外界环境施加的力。

3.根据权利要求1所述的针对时变时延下柔性主-从机器人系统的全状态控制方法，其特征在于，第一虚拟控制器和第二虚拟控制器的设计过程如下：

第一虚拟控制器：选取第一步李雅普诺夫(Lyapunov)方程如下：

其中，积分项满足Z,P为正定矩阵，假设时延Tm(t),Ts(t)有界，即存在正标量使得Mm(Xm1),Ms(Xs1)分别为主机器人和从机器人的正定惯性矩阵，Um(Xm1),Us(Xs1)分别为主机器人和从机器人的重力势能，且存在正标量βm,βs，使得Um(Xm1)≥βm,Us(Xs1)≥βs，km,ks为大于零的比例系数，

对V11进行求导得，

其中，由公式(9)推得第一虚拟控制器Ss为包含从机器人关节刚度的常数对角正定矩阵，为矩阵Ss的逆矩阵；

第二虚拟控制器：选取第二步李雅普诺夫(Lyapunov)方程如下：

对V2进行求导得，

其中，由公式(11)推得第二虚拟控制器

4.根据权利要求1所述的针对时变时延下柔性主-从机器人系统的全状态控制方法，其特征在于，构造李雅普诺夫(Lyapunov)方程，建立系统时滞相关稳定准则，给出控制器参数选取标准，步骤如下；

S1、选取第一步李雅普诺夫(Lyapunov)方程如下：

其中，积分项满足Z,P为正定矩阵，假设时延Tm(t),Ts(t)有界，即存在正标量使得Mm(Xm1),Ms(Xs1)分别为主机器人和从机器人的正定惯性矩阵，Um(Xm1),Us(Xs1)分别为主机器人和从机器人的重力势能，且存在正标量βm,βs，使得Um(Xm1)≥βm,Us(Xs1)≥βs，km,ks为大于零的比例系数，

对V1进行求导得，

其中，I为单位矩阵，Z-1,P-1分别为正定矩阵Z,P的逆矩阵，Ss为包含从机器人关节刚度的常数对角正定矩阵，αm,αs为正常数的阻尼系数，km,ks为大于零的比例系数，假设时延Tm(t),Ts(t)有界，即存在正标量使得为虚拟控制器，

S2、选取第二步李雅普诺夫(Lyapunov)方程如下：

对V2进行求导得，

S3、选取第三步李雅普诺夫(Lyapunov)方程如下：

对V3进行求导，

当控制器参数αm,αs,km,ks,I,Z,P选取使得以下不等式

成立时，柔性主-从机器人系统的关节及电机速度及位置误差qm-qs均有界；

当操作者施加到主机器人的力Fh和外界环境施加到从端机器人的力Fe均为零时，控制器设计如式(24)，

其中，τm,τs为控制器提供的控制力矩，

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。