本發(fā)明涉及機(jī)器人，特別涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人。
背景技術(shù)：
1、穿刺機(jī)器人在實(shí)際的工作環(huán)境中，其控制精度往往會(huì)受到各種不確定因素的影響。比如機(jī)器人關(guān)節(jié)零件的磨損，潤(rùn)滑環(huán)境的變化，動(dòng)力學(xué)建模的誤差以及被穿刺物的活動(dòng)。特別是穿刺機(jī)器人在刺破阻尼層的瞬間會(huì)發(fā)生巨大的阻尼變化。這些不確定因素一部分來(lái)自機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)部的擾動(dòng)，一部分來(lái)自外界環(huán)境變化帶來(lái)的外部擾動(dòng)。這些擾動(dòng)將極大影響。
2、對(duì)于穿刺機(jī)器人這種非線性時(shí)變系統(tǒng)的控制，已有例如pid控制技術(shù)、滑模控制技術(shù)等多種控制技術(shù)。pid控制由于對(duì)動(dòng)態(tài)模型的依賴程度低而得到了廣泛的應(yīng)用，但在非線性摩擦和外界干擾的情況下，pid控制效果并不理想?；？刂迫菀桩a(chǎn)生抖振，影響控制精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人，所述活撿機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括：動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建模塊、動(dòng)力學(xué)模型分解模塊、第一魯棒控制器構(gòu)建模塊、穿刺誤差預(yù)測(cè)模塊、第二魯棒控制器構(gòu)建模塊和第三魯棒控制器控制模塊；
2、所述動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建模塊，簡(jiǎn)化穿刺機(jī)器人，建立穿刺機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型；
3、所述動(dòng)力學(xué)模型分解模塊，分解動(dòng)力學(xué)模型，獲取標(biāo)稱控制項(xiàng)、擾動(dòng)控制項(xiàng)和外部穿刺擾動(dòng)項(xiàng)；
4、所述第一魯棒控制器構(gòu)建模塊，根據(jù)標(biāo)稱控制項(xiàng)和擾動(dòng)控制控，構(gòu)建穿刺機(jī)器人第一魯棒控制器；
5、所述穿刺誤差預(yù)測(cè)模塊，以第一魯棒控制器控制穿刺機(jī)器人進(jìn)行仿真阻尼層試驗(yàn)穿刺，獲取穿刺時(shí)的控制誤差樣本數(shù)據(jù)；以誤差樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以訓(xùn)練完成的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)穿刺誤差；
6、所述第二魯棒控制器構(gòu)建模塊，結(jié)合第一魯棒控制器和穿刺誤差，構(gòu)建第二魯棒控制器；
7、所述第三魯棒控制器控制模塊，設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器，修正第二魯棒控制器，得到第三魯棒控制器用于穿刺機(jī)器人的控制。
8、本發(fā)明還開公開了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，具體方法如下：
9、簡(jiǎn)化穿刺機(jī)器人，建立穿刺機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型；
10、分解動(dòng)力學(xué)模型，獲取標(biāo)稱控制項(xiàng)、擾動(dòng)控制項(xiàng)和外部穿刺擾動(dòng)項(xiàng)；
11、根據(jù)標(biāo)稱控制項(xiàng)和擾動(dòng)控制控，構(gòu)建穿刺機(jī)器人第一魯棒控制器；
12、以第一魯棒控制器控制穿刺機(jī)器人進(jìn)行仿真阻尼層試驗(yàn)穿刺，獲取穿刺時(shí)的控制誤差樣本數(shù)據(jù)；以誤差樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以訓(xùn)練完成的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)穿刺誤差；
13、結(jié)合第一魯棒控制器和穿刺誤差，構(gòu)建第二魯棒控制器；
14、設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器，修正第二魯棒控制器，得到第三魯棒控制器用于穿刺機(jī)器人的控制。
15、進(jìn)一步地，所述穿刺機(jī)器人簡(jiǎn)化為五個(gè)依次連接的活動(dòng)關(guān)節(jié)，構(gòu)建穿刺機(jī)器人動(dòng)力模型如下：
16、
17、其中，t∈r是時(shí)間，q∈rn是位置向量，是速度向量，是加速度向量，表示不確定參數(shù)，集合∑表示未知σ的可能界，τ(t)∈rn是控制輸入向量；此外m(q,σ,t)表示慣性矩陣，表示科里奧利/離心項(xiàng)矩陣，g(q,σ,t)表示重力，表示關(guān)節(jié)間的摩擦力，函數(shù)m(·)、v(·)、g(·)、f(·)是連續(xù)的。
18、進(jìn)一步地，分解動(dòng)力學(xué)模型，獲取標(biāo)稱控制項(xiàng)和擾動(dòng)控制項(xiàng)，具體如下：
19、
20、其中為標(biāo)稱部分，δm、δv、δg、δf為擾動(dòng)項(xiàng)，τd穿刺外部擾動(dòng)。
21、進(jìn)一步地，構(gòu)建穿刺機(jī)器人第一魯棒控制器，具體如下：
22、
23、
24、p＝diag[kpi]5×5
25、d＝diag[kvi]5×5
26、其中τ1為輸出控制轉(zhuǎn)矩，kpi、kvi為基于傳統(tǒng)pid控制器的比例系數(shù)與微分系數(shù)，γ為一個(gè)大于0的恒定常數(shù)，∈＞0為一個(gè)任意的設(shè)計(jì)參數(shù)。
27、進(jìn)一步地，所述訓(xùn)練徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，具體如下：
28、以試驗(yàn)穿刺時(shí)，穿刺機(jī)器人針尖傳感器采集到的位置、速度和力反饋信息，輸入輸入層；
29、隱藏層通過高斯函數(shù)作為激活函數(shù)，對(duì)輸入層的輸出進(jìn)一步處理；
30、輸出層線性輸出隱藏層神經(jīng)元的輸出，并輸出結(jié)果。
31、進(jìn)一步地，構(gòu)建第二魯棒控制器，具體如下：
32、
33、進(jìn)一步地，將穿刺誤差ε視為混合擾動(dòng)的一部分，設(shè)計(jì)穿刺誤差的干擾觀測(cè)器，具體如下：
34、
35、其中，z∈r2，是對(duì)誤差ε的估計(jì)，非線性函數(shù)為增益矩陣。
36、進(jìn)一步地，構(gòu)建第三魯棒控制器，具體如下：
37、
38、類似地，本發(fā)明還公開了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有若干指令，處理器加載指令以執(zhí)行上述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法。
39、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說(shuō)明書實(shí)現(xiàn)和獲得。
1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人，其特征在于，所述活撿機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括：動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建模塊、動(dòng)力學(xué)模型分解模塊、第一魯棒控制器構(gòu)建模塊、穿刺誤差預(yù)測(cè)模塊、第二魯棒控制器構(gòu)建模塊和第三魯棒控制器控制模塊；
2.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，具體方法如下：
3.如權(quán)利要求2所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，所述穿刺機(jī)器人簡(jiǎn)化為五個(gè)依次連接的活動(dòng)關(guān)節(jié)，構(gòu)建穿刺機(jī)器人動(dòng)力模型如下：
4.如權(quán)利要求3所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，分解動(dòng)力學(xué)模型，獲取標(biāo)稱控制項(xiàng)和擾動(dòng)控制項(xiàng)，具體如下：
5.如權(quán)利要求4所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，構(gòu)建穿刺機(jī)器人第一魯棒控制器，具體如下：
6.如權(quán)利要求4所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，所述訓(xùn)練徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，具體如下：
7.如權(quán)利要求4所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，構(gòu)建第二魯棒控制器，具體如下：
8.如權(quán)利要求4所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，將穿刺誤差ε視為混合擾動(dòng)的一部分，設(shè)計(jì)穿刺誤差的干擾觀測(cè)器，具體如下：
9.如權(quán)利要求4所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法，其特征在于，構(gòu)建第三魯棒控制器，具體如下：
10.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，存儲(chǔ)有若干指令，處理器加載指令以執(zhí)行權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與非線性觀測(cè)器的穿刺機(jī)器人的出廠設(shè)置方法。