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龙图腾网获悉南京航空航天大学苏州研究院;南京航空航天大学申请的专利一种基于滑模控制的球头自适应入位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：CN117260207B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-09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：202310882261.X，技术领域涉及：B23P19/00；该发明授权一种基于滑模控制的球头自适应入位方法是由李根;李泷杲;刘洋;侯国义;楼佩煌;钱晓明设计研发完成，并于2023-07-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于滑模控制的球头自适应入位方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，包括以下步骤：S1：首先对三维力传感器输出做限幅和FIR混合滤波处理以提高其测量精度；S2：然后构建球头入窝受力模型，并生成理论入位轨迹；S3：最后构建力引导的定位器驱动模型，基于滑模理论设计力控制器并检验其设计合理性。本发明的有益之处在于：1通过控制球头球窝实际接触力以减小入位位置偏差，从而使球头准确落入球窝；2本方法主要基于飞机大部件对接系统自带的力传感元件实现，避免了复杂的辅助工装设计；3设计滑模控制器以提高入位系统控制性能。

本发明授权一种基于滑模控制的球头自适应入位方法在权利要求书中公布了：1.一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：对三维力传感器输出做限幅和FIR混合滤波处理以提高其测量精度； S2：构建球头入窝受力模型，并生成理论入位轨迹； S3：构建力引导的定位器驱动模型，基于滑模理论设计力控制器并检验其设计合理性； 所述步骤S2中的受力模型按照以下步骤建立： S21：以球头球窝接触点为原点建立坐标系O-XYZ，球头球窝接触力为FN，球头所受合力为FN'，由球面接触特性可知，FN'过球头球心O1； 过原点O作辅助线O-O2过球窝外圆圆心O2，进一步由球窝自身结构特点可知，球头所受合力FN'在O-XY平面的分力即球窝水平方向所受合力在O-O2连线上； S22：O-O2连线与X方向夹角为α，FN'与水平面O-XY的夹角为δ，将FN'沿XYZ三个方向进行分解可得到FX、FY和FZ，因此[-FX-FY-FZ]T即为三维力传感器三向通道的理论输出值： 所述步骤S2中的理论入位轨迹按照以下过程建立： 设球头球窝接触力FN＝[k1fk2fk3f]T，球头球窝接触点轨迹切矢S＝[vxtvytvzt]T，其中k1、k2、k3分别为XYZ三向接触力系数，f为设定的力值，设某一时刻球头球窝接触力FN＝[f1f2f3]T，则此时可令k1＝1、k2＝f2f1、k3＝f3f1、f＝f1，vx、vy、vz分别为定位器XYZ三向运动速度，则球头球窝接触点水平方向轨迹切矢SH＝[vxtvyt0]T，由于球头球窝接触力FN过球心，则FN⊥S，即： FN·S＝|FN|×|S|×cosFNS＝k1×vx+k2×vy+k3×vz×f×t＝0 其中f、t不为零，则：k1×vx+k2×vy+k3×vz＝0；同时FN、S、SH共面，以球心为坐标原点，设过原点平面方程为：Ax+By+Cz＝0；由FN、S共面有：于是可得到： SH在FN与S组成的平面内，则[k2×vz-k3×vy×vx+k3×vx-k1×vz×vy]×f×t2＝0，化简可得到： 在球头入位过程中，定位器Z轴为位置控制轴，其运动速度已知，令vz＝v0，则联立式k1×vx+k2×vy+k3×vz＝0和式可以得到： 由此可得到球头理论入位轨迹表达式为： 其中x、y、z分别为理论入位轨迹在XYZ三个方向的分量； 所述步骤S3中定位器驱动模型按照以下过程建立： S31：对定位器X向进行力控分析，考虑X向受力有：FX＝Kex×ΔLx，其中Kex为定位器X向刚度、△Lx为球头球窝X向轨迹偏差；设计滑模面，选取X向实际入位轨迹与理论入位轨迹之间的偏差△Lx为跟随误差ext，设计X向滑模面sx为：sx＝C×ext+ext'＝C×x1d-x1+x1d'-x1'，其中C为正常数，x1d为定位器X向理论运动轨迹，x1为定位器X向实际运动轨迹,x1d'为定位器X向理论运动速度，x1′为定位器X向实际运动速度；则X向力控制器输出ux可表示为：ux＝mx×x1′，其中mx为定位器X向惯量； S32：检验滑模控制器设计的合理性，取Lyapunov函数为：在滑模面内有sx＝0，即有：根据在滑模面内跟随误差ext会以指数速度趋近于零；同时：V'＝ext×ext'＝ext×sx-C×ext，由于滑模面内有sx＝0，则有：V'＝-C×ext2＜0 在滑模面内由Lyapunov稳定判据，球头入位X向轨迹偏差ext会不断收敛；取滑膜控制趋近律为指数趋近律，即：sx'＝-εsgnsx-p×sx,ε＞0,p＞0 其中ε为趋近速度，p为趋近项系数，联立以上各式有： 定位器X向滑模控制器输出：ux＝mx×εsgnsx+p×sx+C×x1d'-x1'+x1d” 定位器Y向与X向运动形式相同，参照X向滑模控制系统可得到定位器Y向滑模控制器输出uy为：uy＝my×εsgnsy+p×sy+C×y1d'-y1'+y1d”； 其中my为定位器Y向惯量，sy为Y向滑模面，y1d为定位器Y向理论运动轨迹，y1为定位器Y向实际运动轨迹,y1d'为定位器Y向理论运动速度，y1'为定位器Y向实际运动速度。

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