12、快速且鲁棒的动量观测器及线性螺线管弹性执行器研究

快速且鲁棒的动量观测器及线性螺线管弹性执行器研究

在人机协作场景中，碰撞检测的准确性和及时性对于保障人员安全至关重要。传统的碰撞检测观测器在性能和鲁棒性方面存在一定的局限性，而线性螺线管弹性执行器（LSEA）在微小型机器人领域有着广泛应用，但也面临着提升电磁力和负载能力的挑战。

高阶观测器碰撞检测算法

• 一阶和二阶观测器 ：为验证稳定性，对残差导数进行拉普拉斯变换，得到一阶滤波器的表达式(r_i(s) = \frac{K_i}{s + K_i} \tau_{ext,i}(s)) （(i = 1, …, n)），此一阶滤波器显然稳定。二阶观测器采用带PD优化的形式，其传递函数模型为(\frac{r_i}{\tau_{ext,i}} = \frac{(K_{3,i}s + 1) K_{2,i}}{s^2 + K_{1,i}s + K_{2,i}}) （(i = 1, …, n)），转换到时间域后得到相应表达式。
• 高阶观测器设计 ：一阶观测器简单但可调参数少，二阶观测器存在振荡和超调问题，难以满足特定频段的观测需求。因此，采用回路整形技术来设计新的高阶观测器。通过引入超前补偿器(tf_{lead} = \frac{1 + a_1T_1s}{1 + T_1s})和滞后补偿器(tf_{lag} = \frac{1 + b_1T_2s}{1 + T_2s}) （其中(a_1)为超前指数且(a_1 > 1)，(T_1)为超前补偿器时间常数；(b_1)为滞后指数且(0 < b_1 < 1)，(T_2)为滞后补偿器时间常数），以单关节为例，高阶观测器表达式为(\frac{r}{\tau_{