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龙图腾网获悉国家康复辅具研究中心申请的专利一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116276963B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310006310.3，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法是由梁文渊;胡新永;刘颖设计研发完成，并于2023-01-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法。本发明分别建立导纳控制与阻抗控制的切换控制、变参数阻抗控制和阻抗控制与位置控制的切换控制的控制方程约束，然后给出满足导纳控制与阻抗控制以及阻抗控制与位置控制的切换控制参数，最后确定满足机器人系统切换稳定性的机器人系统的切换控制参数，用以切换机器人系统切换控制；本发明为导纳控制、阻抗控制和位置控制等多模式之间的自主切换建立了基于状态空间的切换控制策略，具有提高系统自主性、增强系统操作精度，克服传统由操作人员手动切换造成的系统时延和震动等不足。

本发明授权一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法在权利要求书中公布了：1.一种多模式切换系统控制策略及其参数设计方法，其特征在于，所述多模式切换系统控制策略及其参数设计方法包括以下步骤： 1系统设置： a多模式切换系统控制策略及其参数设计方法面向机器人系统，在机器人末端安装有末端工具，在末端工具与机器人末端关节之间安装有末端力传感器，构成机器人系统，末端力传感器能够感知环境通过末端工具施加在机器人末端上的末端交互力； 末端工具引导到达导向孔后，经过狭小的导向孔到达目标物表面，最终完成针对目标物的操作；允许通过末端工具引导机器人末端进行运动的空间定义为笛卡尔导纳控制运动空间S1，导向孔所在的阻抗控制操作空间为笛卡尔阻抗控制运动空间S2，在此空间由机器人末端自主控制，实现根据设定的操作要求，在狭小的导向孔内完成末端工具的插拔力控操作，末端工具对目标物完成操作的空间定义为笛卡尔位置控制运动空间S3；目标物表面位于笛卡尔阻抗控制运动空间S2与笛卡尔位置控制运动空间S3的交界面上； 机器人系统依次经历笛卡尔导纳控制运动空间S1的导纳控制，笛卡尔导纳控制运动空间S1与笛卡尔阻抗控制运动空间S2的交界面进行导纳控制与阻抗控制的切换控制，笛卡尔阻抗控制运动空间S2的阻抗控制，笛卡尔阻抗控制运动空间S2与笛卡尔位置控制运动空间S3的交界面进行阻抗控制与位置控制的切换控制，以及切换到笛卡尔位置控制运动空间S3的位置控制，从而对目标物完成操作； b机器人系统在笛卡尔空间的动力学方程为： 上式中，MX为笛卡尔空间机器人惯性矩阵，为笛卡尔空间机器人离心力与科氏力矩阵，GX为笛卡尔空间机器人重力矩阵；X为机器人末端在笛卡尔空间的实际位置，包含了三个平动变量和三个转动变量；F为笛卡尔空间机器人末端输出控制合力；Fext为笛卡尔空间机器人末端与环境的末端交互力，由末端力传感器得到； 2建立导纳控制与阻抗控制的切换控制： a导纳控制与阻抗控制的切换控制满足： 上式中，Fa为笛卡尔空间的导纳控制输出，Fi为笛卡尔空间的阻抗控制输出； b符合切换控制要求的导纳控制输出为： 上式中，Kp和Kd分别为导纳控制位置比例系数和导纳控制速度比例系数，且均为正定对角矩阵；aXd为导纳控制计算位置命令，是实现导纳控制与阻抗控制切换的关键； c导纳控制计算位置命令aXd同时还需要满足阻抗控制方程： 上式中，Mθ、Dθ和Kθ分别为阻抗控制惯性矩阵、阻抗控制阻尼矩阵和阻抗控制刚性矩阵，且均为正定对角矩阵；aX0为期望位置X0在笛卡尔导纳控制运动空间与笛卡尔阻抗控制运动空间的交界面上的期望位置值，同时满足和 3建立变参数阻抗控制： 机器人系统在笛卡尔导纳控制运动空间S1与笛卡尔阻抗控制运动空间S2的交界面上完成第一次切换后进入到笛卡尔阻抗控制运动空间S2，并切换为阻抗控制；机器人末端在与目标物表面发生碰撞或接触时，希望这个过程中碰撞最小，因此在阻抗控制中进行变参数控制的设置； a阻抗控制时，机器人末端的实际位置应该满足阻抗控制方程： b符合切换控制的阻抗控制输出为： 上式中，I为单位矩阵，X0为期望位置； c笛卡尔阻抗控制运动空间划分： 通过设置阻抗控制惯性矩阵Mθ和阻抗控制阻尼矩阵Dθ，能够引导末端工具在狭小的导向孔完成插拔力控操作，并在此阶段使末端工具接触到目标物表面； 由于狭小的导向孔的建模并不能达到完全准确，同时在狭小的导向孔进行位置反馈也存在误差，因此需要基于末端交互力建立力控制引导末端工具安全接触到目标物表面； 将介于笛卡尔导纳控制运动空间和笛卡尔位置控制运动空间的笛卡尔阻抗控制运动空间均分为J部分，分别为笛卡尔阻抗控制第一运动空间S21至笛卡尔阻抗控制第J运动空间S2J，J为≥2的自然数； d设置阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵： 在笛卡尔阻抗控制第一运动空间，设置阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵： Mθ＝1Mθ，Dθ＝1Dθ 1Mθ和1Dθ分别为在笛卡尔阻抗控制第一运动空间的阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵； 在笛卡尔阻抗控制第j运动空间，设置阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵： Mθ＝jMθ＝γj·j-1Mθ，Dθ＝jDθ＝γj·j-1Dθ jMθ和jDθ分别为在笛卡尔阻抗控制第j运动空间的阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵，j＝2，...J，γj为笛卡尔阻抗控制第j运动空间相对于笛卡尔阻抗控制第j-1运动空间的放大系数； 上述阻抗控制中对笛卡尔阻抗控制运动空间的J部分相应采用不同的阻抗控制的惯性矩阵和阻尼矩阵变参数设置，保障末端工具进入导向孔时能够快速柔顺调整插拔方向，同时又能够保障末端工具接触到目标物表面时撞击力最小并在最短的时间内将机器人末端速度降为零； e针对阻抗控制，简化其控制策略，将Kθ设置为0； 4建立阻抗控制与位置控制的切换控制： a阻抗控制与位置控制的切换控制满足： 上式中，Fp为笛卡尔空间的位置控制输出，机器人系统基于位置控制输出，能够控制末端工具对目标物完成操作； b符合切换控制的位置控制输出为： 上式中，Np和Nd分别为位置控制位置比例系数和位置控制速度比例系数，且均为正定对角矩阵； cpX0为期望位置X0在笛卡尔阻抗控制运动空间与笛卡尔位置控制运动空间的交界面上的期望位置值，是实现阻抗控制与位置控制切换的关键，因此，期望位置X0在笛卡尔阻抗控制运动空间与笛卡尔位置控制运动空间的交界面上的期望位置值pX0需要满足阻抗控制方程： 上式中，同时满足 5确定满足机器人系统切换稳定性的机器人系统的切换控制参数： a定义切换控制状态空间变量中： b给出满足导纳控制与阻抗控制的切换控制参数设计要求： 满足导纳控制的切换控制状态空间描述方程为： 上式中，正定对角矩阵K为环境刚度参数； 满足阻抗控制的切换控制状态空间描述方程为： 于是导纳控制与阻抗控制的切换控制状态空间描述方程为： 为满足切换控制，导纳控制位置比例系数Kp和导纳控制速度比例系数Kd、阻抗控制惯性矩阵Mθ、阻抗控制阻尼矩阵Dθ和阻抗控制刚性矩阵Kθ以及环境刚度参数Ke，应该使得对属于0≤α≤1的任意实数α，导纳阻抗切换混淆第一矩阵Tia和导纳阻抗切换混淆第二矩阵Tai均满足赫尔维茨Hurwitz矩阵，其中导纳阻抗切换混淆第一矩阵Tia和导纳阻抗切换混淆第二矩阵Tai分别为： Tia＝α·Ta+1-α·Ti 如果导纳控制位置比例系数Kp和导纳控制速度比例系数Kd、阻抗控制惯性矩阵Mθ、阻抗控制阻尼矩阵Dθ和阻抗控制刚性矩阵Kθ以及环境刚度参数Ke，使得对属于0≤α≤1的任意实数α，矩阵Tia和Tai均满足Hurwitz矩阵，则该组参数能够作为稳定的导纳控制与阻抗控制的切换控制参数，用以控制导纳控制与阻抗控制的切换；如果不满足Hurwitz矩阵，则重新选择参数，直至得到满足Hurwitz矩阵的参数； c给出满足阻抗控制与位置控制的机器人系统的切换控制参数设计要求： 满足位置控制的切换控制状态空间描述方程为： 于是阻抗控制与位置控制的切换控制状态空间描述方程为： 为满足切换控制，阻抗控制惯性矩阵Mθ、阻抗控制阻尼矩阵Dθ和阻抗控制刚性矩阵Kθ、环境刚度参数Ke、位置控制位置比例系数Np和位置控制速度比例系数Nd，应该使得对属于0≤α≤1的任意实数α，阻抗位置切换混淆第一矩阵Tip和阻抗位置切换混淆第二矩阵Tpi均满足Hurwitz矩阵，其中阻抗位置切换混淆第一矩阵Tip和阻抗位置切换混淆第二矩阵Tpi分别为： Tip＝α·Ti+1-α·Tp 如果阻抗控制惯性矩阵Mθ、阻抗控制阻尼矩阵Dθ和阻抗控制刚性矩阵Kθ、环境刚度参数Ke、位置控制位置比例系数Np和位置控制速度比例系数Nd，使得对属于0≤α≤1的任意实数α，阻抗位置切换混淆第一矩阵Tip和阻抗位置切换混淆第二矩阵Tpi均满足Hurwitz矩阵，则该组参数能够作为稳定的阻抗控制与位置控制的切换控制参数，用以控制阻抗控制与位置控制的切换；如果不满足Hurwitz矩阵，则重新选择参数，直至得到满足Hurwitz矩阵的参数； 切换系统状态空间描述为：

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