本申請涉及自動控制領域，具體而言，涉及一種機械臂擾動觀測方法、裝置及非易失性存儲介質。

背景技術：

1、在工業生產領域，人們常利用機器人來提高作業效率和質量。機器人的精確操作、持續作業能力以及可重復性，使其成為了提升生產線自動化水平的關鍵因素。然而，機器人技術在實踐應用中并非完美無缺。其存在的模型不確定性和易受外部環境干擾的問題，嚴重限制了其在實際應用中的廣泛性和穩定性，給機器人的深入推廣和使用帶來了不小的挑戰。面對這種困境，迫切需要創造一種方法來解決機器人系統的擾動問題，確保機器人能夠在各種生產場景中發揮出最大的潛力。

2、在實際應用中，不僅要能有效處理模型不確定性以及外部干擾的問題，確定擾動值，且對于該問題的解決也有時限要求。若問題的處理時間無法評估或過長，將嚴重影響系統的穩定性、整體運行效率和實際預期。

3、針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現思路

1、本申請實施例提供了一種機械臂擾動觀測方法、裝置及非易失性存儲介質，以至少解決由于現有的擾動觀測不能在預定時間內得到結果造成的影響機械臂系統運行穩定性的技術問題。

2、根據本申請實施例的一個方面，提供了一種機械臂擾動觀測方法，包括：依據機械臂的系統參數確定機械臂的動力學模型，其中，系統參數包括機械臂的質量、機械臂的長度以及機械臂的關節角位置；將動力學模型轉換為任務空間模型，其中，任務空間模型的參數中包括已知部分和未知部分，已知部分包括支持通過模型計算確定的參數，未知部分包括待觀測的擾動值；依據任務空間模型和干擾觀測器模型，確定機械臂的擾動值，其中，干擾觀測器模型的觀測誤差在預設時長內收斂至零。

3、可選地，干擾觀測器模型至少用于表示預設觀測參數、任務空間模型的參數以及對任務空間模型的未知部分的觀測值之間的函數關系，其中，任務空間模型至少用于表示慣性矩陣、離心力和哥氏力矩陣、重力向量、機械臂關節角加速度、機械臂關節角速度、機械臂關節角度以及外界干擾向量之間的函數關系。

4、可選地，干擾觀測器模型通過以下公式確定：其中，為z的導數，z為的觀測值，為任務空間模型中已知的機械臂關節角速度，u為機械臂的輸入力矩，d0為任務空間模型中的慣性矩陣的已知部分，c0為任務空間模型中的離心力和哥氏力矩陣的已知部分，g0為任務空間模型中的重力向量的已知部分，為ω的導數，ω為任務空間模型中未知的擾動值的觀測值，a、b、c、k、σ為預設觀測參數，εt為ε的轉置矩陣，n為機械臂的關節數量。

5、可選地，預設觀測參數滿足以下預設條件：其中，a、b、c、r、σ、為預設觀測參數，n為機械臂的關節數量，t為觀測時長，觀測時長小于或等于預設時長。

6、可選地，將動力學模型轉換為任務空間模型，包括：構建機械臂的雅可比矩陣；通過雅可比矩陣將動力學模型轉換為任務空間模型，其中，任務空間模型包括慣性矩陣、離心力和哥氏力矩陣、重力向量、機械臂關節角加速度、機械臂關節角速度、機械臂關節角度、以及外界干擾向量，慣性矩陣包括已知部分和未知部分，離心力和哥氏力矩陣包括已知部分和未知部分，重力向量包括已知部分和未知部分。

7、可選地，任務空間模型表示為：其中，h為總擾動值，d0(q)為慣性矩陣的已知部分，為離心力和哥氏力矩陣的已知部分，g0(q)為重力向量的已知部分，δd(q)為慣性矩陣的未知部分，為離心力和哥氏力矩陣的未知部分，δg(q)為重力向量的未知部分，d為外界干擾向量,為機械臂關節角加速度、為機械臂關節角速度,x為機械臂關節角度。

8、可選地，依據任務空間模型和干擾觀測器，確定機械臂的擾動值之后，方法還包括：依據擾動值，對機械臂的擾動進行補償。

9、根據本申請實施例的另一方面，還提供了一種機械臂擾動觀測裝置，包括：第一確定模塊，用于依據機械臂的系統參數確定機械臂的動力學模型，其中，系統參數包括機械臂的質量、機械臂的長度以及機械臂的關節角位置；轉換模塊，用于將動力學模型轉換為任務空間模型，其中，任務空間模型的參數中包括已知部分和未知部分，已知部分包括支持通過模型計算確定的參數，未知部分包括待觀測的擾動值；第二確定模塊，用于依據任務空間模型和干擾觀測器模型，確定機械臂的擾動值，其中，干擾觀測器模型的觀測誤差在預設時長內收斂至零。

10、根據本申請實施例的另一方面，還提供了一種非易失性存儲介質，非易失性存儲介質中存儲有程序，其中，在程序運行時控制非易失性存儲介質所在設備執行機械臂擾動觀測方法。

11、根據本申請實施例的另一方面，還提供了一種電子設備，包括：存儲器和處理器，處理器用于運行存儲在存儲器中的程序，其中，程序運行時執行機械臂擾動觀測方法。

12、根據本申請實施例的另一方面，還提供了一種計算機程序產品，包括計算機程序，計算機程序被處理器執行時實現機械臂擾動觀測方法。

13、在本申請實施例中，采用依據機械臂的系統參數確定機械臂的動力學模型，其中，系統參數包括機械臂的質量、機械臂的長度以及機械臂的關節角位置；將動力學模型轉換為任務空間模型，其中，任務空間模型的參數中包括已知部分和未知部分，已知部分包括支持通過模型計算確定的參數，未知部分包括待觀測的擾動值；依據任務空間模型和干擾觀測器模型，確定機械臂的擾動值，其中，干擾觀測器模型的觀測誤差在預設時長內收斂至零的方式，通過采用非奇異固定時間干擾器，達到了在不受初始誤差影響的預設時間內精確觀測并補償機器人系統總擾動的目的，從而實現了提升系統穩定性的技術效果，進而解決了由于現有的擾動觀測不能在預定時間內得到結果造成的影響機械臂系統運行穩定性的技術問題。

技術特征：

1.一種機械臂擾動觀測方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，所述干擾觀測器模型至少用于表示預設觀測參數、所述任務空間模型的已知部分以及對所述任務空間模型的未知部分的觀測值之間的函數關系，其中，所述任務空間模型至少用于表示慣性矩陣、離心力和哥氏力矩陣、重力向量、機械臂關節角加速度、機械臂關節角速度、機械臂關節角度以及外界干擾向量之間的函數關系。

3.根據權利要求2所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，所述干擾觀測器模型通過以下公式確定：

4.根據權利要求2所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，所述預設觀測參數滿足以下預設條件：

5.根據權利要求1所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，將所述動力學模型轉換為任務空間模型，包括：

6.根據權利要求5所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，所述任務空間模型表示為：

7.根據權利要求1所述的機械臂擾動觀測方法，其特征在于，依據所述任務空間模型和干擾觀測器，確定機械臂的擾動值之后，所述方法還包括：依據所述擾動值，對機械臂的擾動進行補償。

8.一種機械臂擾動觀測裝置，其特征在于，包括：

9.一種非易失性存儲介質，其特征在于，所述非易失性存儲介質中存儲有程序，其中，在所述程序運行時控制所述非易失性存儲介質所在設備執行權利要求1至7中任意一項所述的機械臂擾動觀測方法。

10.一種電子設備，其特征在于，包括：存儲器和處理器，所述處理器用于運行存儲在所述存儲器中的程序，其中，所述程序運行時執行權利要求1至7中任意一項所述的機械臂擾動觀測方法。

11.一種計算機程序產品，包括計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現根據權利要求1至7中任意一項所述的機械臂擾動觀測方法。

技術總結
本申請公開了一種機械臂擾動觀測方法、裝置及非易失性存儲介質。其中，該方法包括：依據機械臂的系統參數確定機械臂的動力學模型，其中，系統參數包括機械臂的質量、機械臂的長度以及機械臂的關節角位置；將動力學模型轉換為任務空間模型，其中，任務空間模型的參數中包括已知部分和未知部分，已知部分包括支持通過模型計算確定的參數，未知部分包括待觀測的擾動值；依據任務空間模型和干擾觀測器模型，確定機械臂的擾動值，其中，干擾觀測器模型的觀測誤差在預設時長內收斂至零。本申請解決了由于現有的擾動觀測不能在預定時間內得到結果造成的影響機械臂系統運行穩定性的技術問題。

技術研發人員：馮鑫如
受保護的技術使用者：中國電信股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28