[发明专利]一种基于机械臂驱动的飞行器位姿耦合快速稳定控制方法

权利要求书

1.一种基于机械臂驱动的飞行器位姿耦合快速稳定控制方法，飞行器携带一条n自由度机械臂，具有n个转动关节，每两个转动关节之间由臂杆连接，转动关节J_n通过臂杆B_n连接末端执行器；

其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取飞行器系统参数和任务参数；

(2)根据飞行器系统参数和任务参数计算初始线动量P₀和初始角动量L₀；

(3)设定收敛时间T_r，根据飞行器任务参数，设计参考运动轨迹；

(4)根据参考运动轨迹确定参考指令关节角速度矢量

(5)根据参考指令关节角速度矢量计算指令关节角Θ_r和指令关节角加速度矢量并判断是否满足约束条件，若满足，则进入步骤(6)，若不满足，增大收敛时间T_r，返回步骤(3)；

(6)根据当前时刻飞行器任务参数，确定当前时刻耦合矩阵H_b(t)，控制矩阵H_bm(t)，初始动量相关矩阵H₀(t)；

(7)根据耦合矩阵H_b(t)，控制矩阵H_bm(t)，初始动量相关矩阵H₀(t)确定指令角速度矢量

(8)输出当前时刻指令关节角速度矢量返回步骤(6)。

2.如权利要求1所述的基于机械臂驱动的飞行器位姿耦合快速稳定控制方法，其特征在于，飞行器系统参数包括：飞行器质量m₀、机械臂关节数n、第k个臂杆质量m_k、机械臂第k个关节质量m_Jk、关节传动比λ、第k个关节J_k至第k个臂杆质心C_k位置矢量a_k、第k个臂杆质心C_k至第k+1个关节J_k+1的位置矢量b_k、机械臂第k个臂杆惯性矩阵I_k、机械臂第k个关节惯性矩阵I_Jk、飞行器惯性矩阵I₀、关节1的安装位置矢量b₀、第k个关节J_k的电机质心偏移矢量Δr_Jk。

3.如权利要求2所述的基于机械臂驱动的飞行器位姿耦合快速稳定控制方法，其特征在于，飞行器任务参数包括：飞行器初始位置矢量r₀(0)、初始线速度矢量v₀(0)、飞行器初始姿态四元数q(0)，初始角速度矢量ω₀(0)、及机械臂各关节初始角速度及初始关节角度Θ(0)，各关节角、关节角速度和关节角加速度的最大值D_k,U_k,Q_k,k＝1,2,...,n。

4.如权利要求3所述的基于机械臂驱动的飞行器位姿耦合快速稳定控制方法，其特征在于，计算初始线动量P₀和初始角动量L₀的具体方法为：

其中r_k为第k个臂杆B_k(k＝1,2,...,n)的质心位置矢量，r_Jk表示第k个关节J_k(k＝1,2,...,n)的电机质心位置矢量；ω_Jk为机械臂第k个关节的角速度矢量；的含义为飞行器初始时刻的线速度；的含义为第k个臂杆的质心速度；的含义为第k个关节的电机质心速度；ω_k的含义为第k个关节的角速度。