(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210650266.5 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 山东交通学院 地址 250357 山东省济南市长清大 学科技 园海棠路5 001号 (72)发明人 辛亚先　阮久宏　范永　李贻斌　 李彬　 (74)专利代理 机构 济南领升专利代理事务所 (普通合伙) 37246 专利代理师 崔苗苗 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 动基座机 械臂末端负载质量在线 估计方法 (57)摘要 本发明公开了一种动基座机械臂末端负载 质量在线估计方法， 属于机器人控制技术领域。 本发明的方法包括： 对负载质量的估计值进行处 理获得六维虚拟广义力、 采集躯干六维位姿反馈 信号进行处理获得躯干实际受力、 推力与躯干实 际受力进行比对、 采用负载质量自适应迭代速度 滑模控制模型对当前负载质量的估计值进行处 理获取新的负载质量的估计值， 直至躯干实际受 力与推力相等。 本发明提供的动基座机械臂末端 负载质量在线估计方法， 能够基于当前参数所构 造并施加的动基座推力与躯干实际推力预测值 对手臂末端负载进行实时估计， 以调整控制器模 型参数， 改善系统控制性能。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114918922 A 2022.08.19 CN 114918922 A 1.一种动基座机 械臂末端负载质量在线估计方法， 其特 征是， 包括以下步骤： S1.获取初始数值作为负载质量的估计值； S2.根据动基座推力控制模型对负载质量的估计值进行处 理， 获得六维虚拟广义力； S3.实施推力进行相应动作， 所述推力等于六维虚拟广义力； S4.采集躯 干六维位姿反馈信号； S5.基于躯干受力估计模型对躯 干六维位姿反馈信号进行处 理， 获得躯 干实际受力； S6.记录本次执行的推力为反馈受力； 将反馈受力与躯干实际受力进行比对， 获得反馈 受力与躯 干实际受力的比对关系： S7.根据反馈受力与躯 干实际受力的比对关系对负载质量的估计值进行处 理： 当躯干实际受力与反馈受力相等时， 当前负载质量的估计值即为负载质量的实际值； 当躯干实际受力值小于或大于反馈受力时， 采用负载质量自适应迭代速度滑模控制模 型对当前负载质量的估计值进行处理， 获取新的负载质量的估计值， 继续执行S2 ‑S7， 直至 躯干实际受力与反馈受力相等。 2.如权利要求1所述的动基座机械臂末端负载质量在线估计方法， 其特征是， 步骤S2中 所述动基座推力控制模型为： 其中， Wd为六维虚拟广义力， Kp为正定的比例增益矩阵， Kd为正定的微分增益矩阵， Pd为 躯干的期望位姿， 为躯干的期望速度， Pb为躯干的实际位姿， 为躯干的实际速度， Gb为 躯干重力矩阵， Ja为机械臂 ‑躯干交互力向躯干质心映射的力雅克比矩阵， 为末 端负载质量的估计值对于机械臂 ‑躯干交互力的线性回归解析式， 为机械臂杆件 质量对于机械臂 ‑躯干交互力的线性回归解析式， q、 分别为机械臂的空间位置、 速度 与加速度， 为负载质量的估计值， ma为机械臂杆件质量。 3.如权利要求1所述的动基座机械臂末端负载质量在线估计方法， 其特征是， 步骤S5所 述躯干受力估计模型为： 其中， Mb为躯干实际受力， 为躯干位姿加速度， Gb为躯干重力矩阵， Wleg为腿部施加于 躯干的力， Ja为机械臂 ‑躯干交互力向躯干质心映射的力雅克比矩阵， 为负载质 量的估计值对于机械臂 ‑躯干交互力的线性 回归解析式， 为机械臂杆件质量对于 机械臂‑躯干交互力的线性回归解析式， mobj取负载质量的估计值 ma为机械臂杆件质 量， q、 分别为机 械臂的空间位置、 速度与加速度。 4.如权利要求1所述的动基座机 械臂末端负载质量在线估计方法， 其特 征是， 步骤S7中所述负载质量自适应迭代速度滑模控制模型包括负载质量自适应迭代速度 公式和负载质量更新公式； 负载质量自适应迭代速度公式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114918922 A 2其中， 为负载质量的自适应迭代速度， q、 分别为机械臂的空间位置、 速度与加 速度； 为负载质量的估计值对于机械臂 ‑躯干交互力的线性回归解析式， 为 的倒数， diag表示将括号内的列向量元素排列为对角阵， ud为负 载质量误差造成的输入构造误差， ufb为推力， ufb＝Wd， 表示求括号内向量各个 元素的平 均数， sat为饱和函数； sat的具体形式为： 此处， 其中， 为负载质 量的估计值自适应迭 代的阈值； 负载质量更新公式为： 其中， 公式左侧的 为新的 5.如权利要求1所述的动基座机械臂末端负载质量在线估计方法， 其特征是， 将S7步骤 中负载质量的估计值的更新频率设置为7.69H z。 6.如权利要求1所述的动基座机械臂末端负载质量在线估计方法， 其特征是， 所述初始 数值为任意值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114918922 A 3