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龙图腾网获悉青岛大学申请的专利多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法及系统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：CN116749195B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-10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：202310881442.0，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法及系统是由于金鹏;王保防;刘加朋;陈海亭;杨伟;宿俊浩;刘浩东设计研发完成，并于2023-07-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法及系统在说明书摘要公布了：本发明属于刚性机械臂位置跟踪控制技术领域，具体公开了一种多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法及系统。本发明针对机械臂出现的传感器和执行器故障、参数不确定性和外界干扰等问题，通过自适应技术对传感器和执行器故障的失效程度进行估计；本发明利用log型障碍李雅普诺夫函数对系统进行状态误差约束；本发明利用模糊逻辑系统逼近机械臂关节的未知非线性项和未知扰动；此外，本发明还设计自适应控制律和有限时间控制器实现对故障的容错控制。本发明能够有效减少传感器和执行器故障对控制精度的影响，有较好的位置跟踪效果，能够保证系统输出位置在有限时间内约束到指定范围内。

本发明授权多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法及系统在权利要求书中公布了：1.多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1.建立考虑未知扰动的多关节刚性机械臂动力学系统数学模型，同时建立机械臂传感器故障和机械臂执行器故障的数学模型； 步骤2.设计考虑传感器和执行器故障的机械臂有限时间自适应容错控制器，将系统输出在有限时间内约束到期望位置的小邻域范围内，同时保证所有闭环信号有界； 步骤3.选取系统的Lyapunov函数进行推导，证明对由步骤2设计的考虑传感器和执行器故障的机械臂有限时间自适应容错控制器所控制的机械臂系统Lyapunov稳定； 步骤4.利用步骤2设计的考虑传感器和执行器故障的机械臂有限时间自适应容错控制器，实现对多关节刚性机械臂有限时间自适应容错控制； 所述步骤1具体为： 多关节刚性机械臂动力学系统数学模型如公式1所示； 1 其中，表示关节位置向量，表示关节速度向量，表示关节加速度向量；是正定惯性矩阵，为哥氏力和离心力矩阵，表示重力向量，是干扰项，是关节电机扭矩控制输入向量； 机械臂执行器故障的数学模型形式表示如下： 2 其中，表示设计的控制输入，F表示故障，表示受到执行器故障影响的控制信号；表示偏置故障，是有界的未知函数；表示执行器增益故障程度； 机械臂传感器故障的数学模型表示如下： 3 其中，、为测量的系统状态变量，；、表示传感器增益故障的未知对角矩阵，，； 对于多关节机械臂系统，,分别表示多关节故障中的增益故障最小值； 其中，； 、表示传感器偏置故障； ，，、及其导数存在并有界； 、表示关节一、二位置传感器偏置故障； 、表示关节一、二速度传感器偏置故障； 当没有传感器故障时，，I为单位矩阵； 定义，则式1转换成一个二阶系统，如公式4所示； 4 其中，y表示系统输出； 所述步骤2具体为： 定义速度误差：；其中，表示速度误差，表示第个关节测量的系统速度状态变量，为虚拟控制律，； 定义为：5 其中，表示设计的Lyapunov函数，表示设计参数，表示第个关节的测量系统状态变量；定义表示的初值，表示的初值，则； 对公式5求导得到： 6 其中，，； 因为有界，故设表示的上界，定义，由定义得到； 根据得到： ； 将虚拟控制律设计为：7 其中，，且、、都是设计常数； =； 设，其中，是的估计值，是的估计值； 设自适应控制律、分别为： 8 其中，、、、都是正常数；选取系统的Lyapunov函数为： 9 对求导，并将式8代入得到： 10 选取系统的Lyapunov函数为： 11 其中，表示正定的惯性矩阵中i行j列元素，对公式11求导得到： 12 其中，为有界的非线性函数； ； 表示科氏力和离心力矩阵中i行j列元素，表示重力矩阵中第i个元素； 含外部扰动，； 其中，表示执行器偏置故障，表示干扰项； 令，是的估计值，为模糊逻辑系统，取系统的真实控制律为： 13 ；其中，，、均为设计常数，表示模糊逻辑系统；将式13代入式12得： 14 设计自适应模糊控制律，构造条模糊规则来构成模糊系统，第条模糊规则的形式如下：如果是，是，…，是,则是； 的隶属度函数为规则中的，是模糊集合；其中，，； 模糊系统的输出由下式给出： 15 其中，表示的隶属度函数，表示，表示中的第i个数； ； ，； 分别采用对进行模糊逼近，所对应的模糊系统设计为： 16 其中，为模糊逻辑系统的权值向量，表示的第个元素；定义为最优权值向量，为最优逼近常量，则对，存在下列不等式： 17 其中，表示最优权值向量时的模糊逻辑系统； 设，表示的估计误差，表示的第u个元素； 设计自适应控制律、分别为： 18 19 其中，、、、是正常数； 至此，考虑传感器和执行器故障的机械臂有限时间自适应容错控制器设计完成。

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