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龍圖騰網(wǎng)獲悉北京交通大學(xué)申請的專利一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號為：CN116141333B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-08-29發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為：202310262249.9，技術(shù)領(lǐng)域涉及：B25J9/16；該發(fā)明授權(quán)一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法是由姚秀明;楊雨;韓一睿;趙搏洋;李曉峰設(shè)計研發(fā)完成，并于2023-03-17向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。

本一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明提供了一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法。該方法包括：包括如下步驟：使用拉格朗日方程建立n自由度串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)方程；利用內(nèi)環(huán)的逆動力學(xué)控制器將原有的非線性多輸入多輸出MIMO跟蹤誤差系統(tǒng)簡化為一組解耦線性化單輸入單輸出SISO跟蹤誤差系統(tǒng)；設(shè)計基于擾動觀測器的魯棒模型預(yù)測跟蹤控制D?RMPTC方案；參考所提出的控制器設(shè)計，對主要理論結(jié)果進行了驗證；遞歸可行性和閉環(huán)穩(wěn)定性證明，進而將所提出的控制方案應(yīng)用于PUMA560機械臂的仿真研究，通過與傳統(tǒng)RMPTC方案的比較得到兩種控制方案下6個關(guān)節(jié)的角位置和速度的時間演化。本發(fā)明可以在擾動容忍范圍內(nèi)較好地實現(xiàn)擾動衰減和約束滿足的高精度跟蹤控制。

本發(fā)明授權(quán)一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種串聯(lián)機械臂的關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，包括： 利用內(nèi)環(huán)的逆動力學(xué)控制器將原有的非線性多輸入多輸出MIMO跟蹤誤差系統(tǒng)簡化為一組解耦線性化單輸入單輸出SISO跟蹤誤差系統(tǒng)，將所述一組解耦線性化單輸入單輸出SISO跟蹤誤差系統(tǒng)作為逆動力學(xué)控制輸入； 設(shè)計基于擾動觀測器的串聯(lián)機械臂魯棒模型的預(yù)測跟蹤控制D-RMPTC方案，利用所述預(yù)測跟蹤控制D-RMPTC方案求解帶約束優(yōu)化問題，得到干擾補償輸入及預(yù)測輸入的加性和； 將所述逆動力學(xué)控制輸入、干擾補償輸入和預(yù)測輸入加性組成n自由度串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的關(guān)節(jié)力矩，利用所述n自由度串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的關(guān)節(jié)力矩使用拉格朗日方程建立n自由度串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)方程，通過求解所述n自由度串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)方程，得到機械臂關(guān)節(jié)的實時角度信息； 所述的利用內(nèi)環(huán)的逆動力學(xué)控制器將原有的非線性多輸入多輸出MIMO跟蹤誤差系統(tǒng)簡化為一組解耦線性化單輸入單輸出SISO跟蹤誤差系統(tǒng)，將所述一組解耦線性化單輸入單輸出SISO跟蹤誤差系統(tǒng)作為逆動力學(xué)控制輸入，包括： 無擾動的參考軌跡由二階積分器動力學(xué)生成： 其中，為參考狀態(tài)，是τref∈T的參考控制輸入； 上述串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的動力學(xué)方程的狀態(tài)空間形式為： 其中是表示狀態(tài)，定義為包含不確定性的等效集總擾動；是作用于關(guān)節(jié)的可能的外部擾動力矩； 通過2減去1，得到狀態(tài)空間中的跟蹤誤差動態(tài)為： 其中為跟蹤誤差狀態(tài)，即：xi＝xi,ref+xi,e,i∈Ι1:2； 使用逆動力學(xué)控制器，將MIMO系統(tǒng)減少到n個SISO去耦線性化系統(tǒng)，串聯(lián)剛性機械臂系統(tǒng)的每個關(guān)節(jié)一個，控制輸入τ被選擇為： τ＝Mmx1,e+x1,refue+uref+Nmx1,e+x1,ref,x2,e+x2,ref4 其中為輔助控制輸入，將4代入3得到： 得到第j個關(guān)節(jié)的跟蹤誤差系統(tǒng)為： 將所述跟蹤誤差系統(tǒng)寫成矩陣的緊化形式： 其中： B＝[01]T 控制輸入由給出，其中uj,edob和uj,empc分別由擾動觀測器和D-RMPTC控制器生成； 所述的設(shè)計基于擾動觀測器的串聯(lián)機械臂魯棒模型的預(yù)測跟蹤控制D-RMPTC方案，利用所述預(yù)測跟蹤控制D-RMPTC方案求解帶約束優(yōu)化問題，得到干擾補償輸入及預(yù)測輸入的加性和，包括： uj,edob的設(shè)計： 設(shè)計擾動觀測器等效集總擾動ωj： 其中Lj為設(shè)計者選擇的觀測增益；υj為輔助變量；ωj為等效的集總擾動估計，其初值設(shè)為ωjt0＝0； 定義等效的集總擾動估計誤差為轉(zhuǎn)化為動力學(xué)方程得到： 針對系統(tǒng)中存在的匹配擾動，擾動補償設(shè)計為： 得到閉環(huán)系統(tǒng)為： uj,empc的設(shè)計： 利用D-RMPTC抑制集總擾動估計誤差ωj,e實現(xiàn)控制器性能，將標(biāo)準MPTC應(yīng)用于具有緊狀態(tài)和控制約束的標(biāo)稱系統(tǒng)，從擾動系統(tǒng)的標(biāo)稱系統(tǒng)開始： 其中和分別是標(biāo)稱狀態(tài)和控制輸入； 以事件采樣間隔為δδ＝tk+1-tk,tk＞t0表示預(yù)測視界T≥0時采樣事件xj,etk,tk處的名義有限時域優(yōu)化問題： 其中是關(guān)于最小化的二次代價函數(shù)，是階段代價函數(shù)，為終端代價函數(shù)，收緊狀態(tài)約束集控制約束集和終端狀態(tài)約束集分別被定義為： 通過求解優(yōu)化問題得到最優(yōu)控制輸入軌跡及其對應(yīng)的最優(yōu)預(yù)測狀態(tài)軌跡。

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