买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：浙江工业大学

摘要：一种用于穿刺手术机器人系统的固定时间滑模控制方法，属于非奇异快速终端滑模控制技术领域。它包括以下步骤：1在考虑参数摄动、关节摩擦和外部扰动的情况下，建立了穿刺手术机器人系统的动力学模型；2设计了一个自适应固定时间扰动观测器去处理穿刺手术机器人系统未知不确定性和外部扰动的不利影响；3基于观测器对集中扰动的观测信息，设计了固定时间NFTSMC，确保穿刺手术机器人的轨迹跟踪误差能够在固定时间内收敛到零；4利用Lyapunov分析方法验证本发明的可行性，同时求出系统固定时间的稳定上界。本发明针对具有参数摄动、关节摩擦和外部扰动的穿刺手术机器人系统，开发了一个基于扰动观测器的非奇异快速终端滑模控制策略，确保用于穿刺手术的机器人系统能够在固定时间内精确地跟踪上期望的轨迹信号；同时，本发明的扰动观测器能够很好处理未知的不确性扰动，更进一步保证了穿刺手术机器人的精准度和安全性。

主权项：1.一种用于穿刺手术机器人的固定时间滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于穿刺手术实际应用的需求，同时考虑参数摄动、关节摩擦和外部扰动的影响，建立用于穿刺手术机器人的动力学模型；其设计过程如下：1.1将用于穿刺手术机器人的动力学模型描述为： 其中，分别为穿刺手术机器人各关节的位置、速度和加速度向量，表示穿刺机器人系统的惯性矩阵，表示离心力和科利奥矩阵，为重力向量，和分别为粘性摩擦系数矩阵和静摩擦向量，为穿刺手术机器人的控制力矩，表示外部扰动；1.2将Mq，和Gq分别描述为如下形式： 其中，M0，C0和G0表示穿刺手术机器人系统的名义值，ΔM，ΔC和ΔG表示穿刺手术机器人系统的参数摄动；1.3将用于穿刺手术机器人的动力学模型重新描述为： 其中，是集总扰动，它包括参数摄动、关节摩擦和外部干扰；步骤2、设计新的自适应固定时间扰动观测器，具体为： 其中，分别为期望的位移、速度和加速度向量，为υe的估计值，为集中扰动的估计值，sgnη＝[signη1,signη2,…,signηn]T，β1,β2,k1,k2,k3，ξ1,ξ2,ξ3和ξ4均为正常数，σ为的估计误差值，Jw为中间变量，ηn为中间变量；将自适应律应用在观测器上，具体的自适应律被设计为： 其中，r0a,la1,la2,la3,la4,γa1,γa2,β1都是正常数，k3t为k3的估计值；结合式4和5，得到所设计的自适应固定时间扰动观测器；步骤3、设计固定时间NFTSMC，确保穿刺手术机器人的轨迹跟踪误差能够在固定时间内收敛到零，具体过程如下：3.1定义穿刺手术机器人系统的轨迹跟踪误差及其导数分别为：ε1＝q-qd和进一步得到误差系统为： 其中，表示穿刺手术机器人在实际应用中遇到的集中不确定性；3.2设计NFTSM滑模面为： 其中，为中间变量，ε1i为位移跟踪误差，ε2i为速度跟踪误差，s＝[s1,s2,…,sn]T，λ1,γ1和γ2都为正常数；对滑模变量s进行求导，可得： 其中，为 结合上述分析，基于扰动观测器的NFTSMC被设计为：τ＝τeq+τsw10 τsw＝-λ2M0Φ612其中，γ3γ41，λ2，λ3为正数，Φ4＝[Φ41，Φ42，…，Φ4n]T，Φ5＝[Φ51，Φ52，…，Φ5n]T，Φ6＝[Φ61，Φ62，…，Φ6n]T；步骤4、对设计的基于扰动观测器的NFTSMC进行了证明，具体证明过程如下：定义Lyapunov函数为： 对Vr求导，可得： 其中，μ2＝λminΓ，λminΓ表示Γ的最小特征值，为中间变量；根据Lyapunov分析方法，得到非奇异快速终端滑模变量s能够在固定时间内到达滑模面，并且收敛时间满足： 一旦滑模变量s能够到达滑模面，即s＝0，进一步得到： 定义Θ＝arctanε1i，得到： 进一步整理，得到： 定理Lyapunov函数为： 对Vs求导，得到： 根据Lyapunov稳定性分析得到状态Θ能够在固定时间内收敛到零，即ε1,ε2能够在固定时间收敛到零，其中，收敛时间满足： 则穿刺手术机器人的跟踪误差系统能够在固定时间内收敛到零，并且完整的收敛时间满足：T≤Tr+Ts。22。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 浙江工业大学 一种用于穿刺手术机器人系统的固定时间滑模控制方法