高抗干扰性的无力传感器工业机器人外力估计方法

来源：机械工程学报杂志2026年第3期北京时间：

作者：郭万金, 利乾辉, 徐明坤, 侯旭栋, 刘孝恒, 曹雏清, 赵立军

单位：1. 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室 西安 710064;2. 长三角哈特机器人产业技术研究院 芜湖 241007;3. 埃夫特智能机器人股份有限公司 芜湖 241060;4. 安徽工程大学计算机与信息学院 芜湖 241000;5. 哈尔滨工业大学机器人研究所 哈尔滨 150001

摘要：为了解决工业机器人外力估计依赖于精确的动力学模型、抗干扰性差、精度低和可解释性不足的问题，提出了一种高抗干扰性的无力传感器工业机器人外力估计方法，实现了高抗干扰性机器人外力估计。首先，考虑关节摩擦力矩和外力影响建立了3T2R构型五自由度工业机器人动力学模型，并引入Stribeck摩擦-速度模型描述摩擦力矩的非线性特征；其次，利用自适应率增益参数优化的自适应超螺旋滑模广义动量观测器估计机器人关节外力矩，以提高关节外力矩的估计精度，降低对精确动力学模型的依赖，增强关节外力矩估计方法的可解释性；再次，利用雅可比矩阵建立机器人关节外力矩与机器人外力的映射关系，实现机器人外力估计；将所提方法与自适应超螺旋滑模、超螺旋滑模和一阶广义动量观测器方法进行对比实验分析，以关节1为例，所提方法与真实关节外力矩的平均绝对误差减小了12.9%、39.9%和57.9%，并利用所建立映射关系获得机器人外力估计，所提方法具有更高的估计精度，验证了所提方法的有效性；最后，施加同一随机扰动后将所提方法与一阶广义动量观测器方法进行对比，所提方法与真实关节外力矩均方根误差增大了1.5%，而一阶广义动量观测器方法增大了43.3%，验证了所提方法具有更强的抗扰性。[①]

关键词：工业机器人,外力估计,摩擦力矩模型,广义动量观测器,超螺旋滑模；