[发明专利]一种基于气动舵面的机械臂及其工作方法

权利要求书

1.一种基于气动舵面的机械臂，其特征在于，包括刚性管系统、角度传感器、操作端；

所述刚性管系统由若干条刚性管依次活动连接组成，部分所述刚性管的尾端安装舵面，所述舵面为升降舵、方向舵、滚转舵中的至少两种；

所述刚性管之间的连接处设置角度传感器；

所述刚性管系统一端和作业机活动连接，另一端设置工作端，所述工作端为对接锁扣，对接锁扣包括锁定端和接头端；

锁定端由一个圆柱面和一个圆锥面连接组成，所述圆柱面沿周向设置若干通孔，所述通孔设置在所述圆柱面的同一圆周上；

所述圆柱面的通孔位置还对应设置卡扣，卡扣为Y形，共有三个分叉，各分叉连接处，和所述圆柱面活动连接，卡扣有两个分叉位于所述圆柱面的外表面，并且其中一个通过弹性装置连接所述圆柱面的外表面，还有一个分叉穿过通孔探入所述圆柱面的内侧；

所述接头端包括杆体和圆锥接头，所述圆锥接头的外表面和所述锁定端的所述圆锥面形状相同。

2.根据权利要求1所述的一种基于气动舵面的机械臂，其特征在于，所述舵面的尾端设置旋转轴，所述刚性管的尾端安装电机，电机的输出轴连接旋转轴。

3.根据权利要求1所述的一种基于气动舵面的机械臂，其特征在于，所示舵面的攻角范围为-30°~30°。

4.一种基于气动舵面的机械臂的工作方法，适用于如权利要求1-3所述的任意一种基于气动舵面的机械臂，其特征在于，包括姿态控制和位置控制，姿态控制采用PID控制，位置控制的步骤包括：

S1、将目标位置的参数输入神经网格，神经网格输出刚性管之间的目标角度参数；

S2、舵面根据角度参数对各刚性管的位置进行控制；

S3、角度控制器检测各刚性管之间的实际角度参数，与所述目标角度参数比对，若所述实际角度参数和所述目标角度参数不同，则循环执行S1-S3。

5.根据权利要求4所述的一种基于气动舵面的机械臂的工作方法，其特征在于，所述神经网格的训练方法包括： 根据机械臂运动仿真的方法生成一组角度与位置对应关系的样本参数，再利用所述样本参数使用Levenburg-Marquardt算法训练一个具有若干隐藏层的神经网格；

将校验位置带入所述神经网格，得到校验角度；

再次依据机械臂运动仿真的方法，利用所述校验角度求得实际位置；

所述实际位置和校验位置相减，得到神经网格的拟合残差；

若拟合残差低于设定阈值，则训练完成；否则扩大所述样本参数的规模，或增加所述神经网格的层数。

6.根据权利要求5所述的一种基于气动舵面的机械臂的工作方法，其特征在于，所述PID控制方法如下：

其中，K_p为比例增益，K_I为积分增益，K_D为微分增益， u（k）为PID控制器的输出信号， e_j (k)为第j个关节当前姿态和目标姿态的差值，j=1，2，3。