本發(fā)明涉及多機械臂系統(tǒng)控制領域，特別涉及一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設備及介質。

背景技術：

1、隨著機器人和人工智能技術的興起，機械臂在工業(yè)生產(chǎn)、現(xiàn)代醫(yī)療和太空探索等領域發(fā)揮著重要作用。在多機械臂系統(tǒng)控制領域，傳統(tǒng)的控制方法主要包括pid控制、滑?？刂?、模糊邏輯控制以及基于模型預測控制。

2、現(xiàn)有技術中，方式一采用滑?？刂疲？刂埔蚱淞己玫聂敯粜院蛯?shù)不確定性的容忍度而受到青睞，它通過設計一個滑模面，使系統(tǒng)狀態(tài)迅速收斂到該面上并沿面滑動，從而達到控制目的。方式二采用基于模型預測控制的方案，它根據(jù)系統(tǒng)模型預測未來的狀態(tài)并優(yōu)化控制序列，以最小化成本函數(shù)，它能夠處理約束條件，且易于擴展到多輸入多輸出系統(tǒng)。

3、但是，滑?？刂坪突谀Ｐ皖A測控制方法在多機械臂系統(tǒng)控制中因缺乏抗干擾能力及協(xié)同作業(yè)能力，導致精度不足，無法實現(xiàn)多機械臂系統(tǒng)的精準控制。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設備及介質，可以解決現(xiàn)有技術中，存在無法實現(xiàn)多機械臂系統(tǒng)的精準控制的問題。

2、本發(fā)明實施例提供一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：構建由一個領導者機械臂通過信息交互方式領導多個跟隨者機械臂進行運動的非線性系統(tǒng)；在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對每個機械臂使用復合擾動觀測器估計每個機械臂的復合擾動狀態(tài)；對每個機械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個機械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個機械臂一致有界狀態(tài)；根據(jù)復合擾動狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，能夠實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，所述一致性跟蹤控制用于表示所有機械臂能夠實現(xiàn)一致性運動。

3、進一步地，所述獲得每個機械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差，具體步驟包括：

4、對每個機械臂使用局部狀態(tài)觀測器

5、

6、定義局部狀態(tài)觀測誤差為

7、其中，n表示跟隨者機械臂的個數(shù)，i表示第i個跟隨者機械臂，是狀態(tài)xi的估計，是狀態(tài)觀測器的輸出，ui∈rp是控制輸入，k∈rn×q是增益矩陣，使得a+kc為赫爾維茨hurwitz矩陣；θi(t)表示輸入時延，并滿足θi(t)＝t-τi(t)，τi(t)是非統(tǒng)一時變輸入時延；表示不確定外部擾動；和分別是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡權值矩陣和激活函數(shù)，a∈rn×n，b∈rn×p，c∈rq×n是常數(shù)矩陣；

8、對每個機械臂使用分布式觀測器

9、

10、其中，表示領導者狀態(tài)的估計，表示分布式觀測器的輸出，λ∈rq×n是增益矩陣，ei是一致性跟蹤誤差，公式為：

11、

12、定義分布式觀測誤差為

13、其中，x0是領導者狀態(tài)，j表示智能體j索引；ni表示智能體i的鄰域智能體；aij表示智能體i與智能體j之間通信權重；bi表示智能體i與領導者之間通信權重；y0表示領導者輸出。

14、進一步地，所述根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個機械臂一致有界狀態(tài)，具體步驟包括：

15、獲取局部狀態(tài)觀測誤差以及分布式觀測誤差

16、根據(jù)兩種誤差得出

17、當時間t趨于無限時，得出且確定每個機械臂一致有界狀態(tài)。

18、進一步地，所述實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，具體步驟包括：

19、通過復合擾動觀測器、局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器將非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制問題轉換為分析非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性，獲得非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型；

20、所述非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型，公式為：

21、

22、其中，不確定外部擾動；局部狀態(tài)觀測誤差；是估計誤差，和分別是徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡權值矩陣和激活函數(shù)，表示領導者狀態(tài)的估計；a∈rn×n，b∈rn×p，c∈rq×n是常數(shù)矩陣，k∈rn×q，λ∈rq×n是增益矩陣；ei是一致性跟蹤誤差；ui∈rp是控制輸入；θi表示輸入時延；誤差信息，跟隨者狀態(tài)狀態(tài)估計，表示領導者狀態(tài)估計；

23、根據(jù)非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性模型構建控制器，所述控制器能夠實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制模型；

24、所述控制器，公式為：

25、

26、其中，ui∈rp是控制輸入；γi＝-btpi，pi是正定矩陣；ei是一致性跟蹤誤差；a∈rn×n是常數(shù)矩陣；是輸入延時邊界為已知常數(shù)；誤差信息，跟隨者狀態(tài)估計，領導者狀態(tài)估計。

27、本發(fā)明實施例提供一種多機械臂系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包括：

28、系統(tǒng)構建模塊，用于構建由一個領導者機械臂通過信息交互方式領導多個跟隨者機械臂進行運動的非線性系統(tǒng)；控制設計模塊，用于在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對每個機械臂使用復合擾動觀測器估計每個機械臂的復合擾動狀態(tài)；對每個機械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個機械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個機械臂一致有界狀態(tài)；控制系統(tǒng)構建模塊，用于根據(jù)復合擾動狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，能夠實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，所述一致性跟蹤控制用于表示所有機械臂能夠實現(xiàn)一致性運動。

29、本發(fā)明實施例提供一種計算機設備，包括：存儲器和處理器；所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法。

30、本發(fā)明實施例提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法。

31、本發(fā)明實施例提供一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設備及介質，與現(xiàn)有技術相比，其有益效果如下：

32、復合擾動觀測器、局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器統(tǒng)稱為自適應觀測器，自適應觀測器能夠實時監(jiān)測和補償機械臂在受控制運行的過程中，因外部干擾引起的控制誤差，避免了控制信號的劇烈波動，最終實現(xiàn)多機械臂系統(tǒng)的精準控制。

技術特征：

1.一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述獲得每個機械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差，具體步驟包括：

3.如權利要求1所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個機械臂一致有界狀態(tài)，具體步驟包括：

4.如權利要求1所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制，具體步驟包括：

5.一種多機械臂系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

6.一種計算機設備，包括：存儲器和處理器；

7.一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權利要求1～4中任一項所述的一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法。

技術總結
本發(fā)明公開了一種多機械臂系統(tǒng)的控制方法、系統(tǒng)、設備及介質，涉及多機械臂系統(tǒng)控制領域，包括：在非線性系統(tǒng)內(nèi)，對每個機械臂使用復合擾動觀測器估計每個機械臂的復合擾動狀態(tài)；對每個機械臂分別使用局部狀態(tài)觀測器和分布式觀測器，獲得每個機械臂的局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差；根據(jù)局部狀態(tài)觀測誤差和分布式觀測誤差確定每個機械臂一致有界狀態(tài)；根據(jù)復合擾動狀態(tài)和一致有界狀態(tài)讓非線性系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行，能夠實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的一致性跟蹤控制。本發(fā)明能夠實現(xiàn)多機械臂系統(tǒng)的精準控制。

技術研發(fā)人員：趙秀娟,謝孔昊,郎長勝,楊凡,萬博洋,張正,唐靖
受保護的技術使用者：江西科技師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19