[发明专利]一种应用于大空间多连杆设备操控的绳驱控制方法

权利要求书

1.一种应用于大空间多连杆设备操控的绳驱控制方法，其特征在于，该绳驱控制方法是用于对多连杆设备进行操控；所述多连杆设备包括一个基座连杆(1)与多个后续连杆(2)；

所述基座连杆(1)与其相邻的一个后续连杆(2)通过铰链进行连接；并且，多个后续连杆(2)之间依次通过铰链进行连接；

所述基座连杆(1)采用6根绳索牵引，多个后续连杆(2)均采用1根绳索牵引，通过电机对多绳索协同控制最终实现将多连杆设备调整到期望位置；

该绳驱控制方法具体包括以下步骤：

步骤一、计算基座连杆(1)6个绳索牵引点的期望位置在世界坐标系中的坐标；

步骤二、根据步骤一计算得到的基座连杆(1)6个绳索牵引点的期望位置在世界坐标系中的坐标，并结合给定的基座连杆(1)6个绳索牵引点初始位置在世界坐标系中的坐标通过逆运动学求解出6根绳索各自所需的运动长度；

步骤三、依次计算后续连杆(2)绳索牵引点的期望位置在世界坐标系中的坐标；

步骤四、根据步骤三 计算得到的后续连杆(2)的绳索牵引点的期望位置在世界坐标系中的坐标，并结合给定的后续连杆(2)绳索牵引点初始位置在世界坐标系中的坐标通过逆运动学求解出其牵引绳索所需的运动长度；

步骤五、将步骤二得出的6根绳索各自所需的运动长度以及步骤四得出的各绳索所需的运动长度，分别转换成电机所需旋转的角度；

步骤六、以步骤五得出的电机所需旋转的角度为基准，通过控制电机协同运动进行分别释放或收缩绳索，最终使整体多连杆设备完成调整到期望位置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于大空间多连杆设备操控的绳驱控制方法，其特征在于，步骤一中计算基座连杆6个绳索牵引点的期望位置在世界坐标系中的坐标具体方法为：

步骤一一、建立基座连杆期望坐标系；所述基座连杆期望坐标系的原点为基座连杆(1)期望位置的中心点O₁，基座连杆(1)期望位置的长度方向为基座连杆期望坐标系的X₁轴方向，基座连杆(1)期望位置的宽度方向为基座连杆期望坐标系的Y₁轴方向，基座连杆(1)期望位置的高度方向为基座连杆期望坐标系的Z₁轴方向，并且基座连杆期望坐标系以O₁-X₁Y₁Z₁表示；

步骤一二、通过公式(1)至公式(6)计算基座连杆(1)6个绳索牵引点的期望位置在O₁-X₁Y₁Z₁坐标系中的坐标；

所述公式(1)至公式(6)为：

其中，P₁₁为第一个绳索牵引点，P₁₂为第二个绳索牵引点，P₁₃为第三个绳索牵引点，P₁₄为第四个绳索牵引点，P₁₅为第五个绳索牵引点，P₁₆为第六个绳索牵引点，l₁为基座连杆(1)的长度，w₁为基座连杆(1)的宽度，h₁为基座连杆(1)的高度；

步骤一三、建立世界坐标系；该世界坐标系以O₀为原点、水平向右的方向为X₀轴方向、水平向前的方向为Y₀轴方向以及垂直于水平面竖直向上的方向为Z₀轴方向；该世界坐标系以O₀-X₀Y₀Z₀表示；

步骤一四、根据给定的基座连杆(1)初始位置的中心点在O₀-X₀Y₀Z₀坐标系中的坐标(x,y,z)以及基座连杆(1)的初始姿态，并且通过公式(7)将步骤一二中计算得到的基座连杆(1)6个绳索牵引点的期望位置在O₁-X₁Y₁Z₁坐标系中的坐标分别转换为在O₀-X₀Y₀Z₀坐标系中的坐标；其中基座连杆(1)的初始姿态以其相对于其初始位置中心点的姿态角进行表示；所述基座连杆(1)相对于其初始位置中心点的姿态角为(α,β,γ)；

所述公式(7)为：

其中，(x_p10i,y_p10i,z_p10i)为6个绳索牵引点的期望位置在O₀-X₀Y₀Z₀坐标系中的坐标，(x_p11i,y_p11i,z_p11i)为6个绳索牵引点的期望位置在O₁-X₁Y₁Z₁坐标系中的坐标；i为绳索牵引点的次序数，且i＝1,2,3,4,5,6；T₀₁代表从O₀-X₀Y₀Z₀坐标系到O₁-X₁Y₁Z₁坐标系的平移矩阵，R_x(α)代表从O₀-X₀Y₀Z₀坐标系到O₁-X₁Y₁Z₁坐标系绕X₀轴的旋转矩阵，R_y(β)代表从O₀-X₀Y₀Z₀坐标系到O₁-X₁Y₁Z₁坐标系绕Y₀轴的旋转矩阵，R_z(γ)代表代表从O₀-X₀Y₀Z₀坐标系到O₁-X₁Y₁Z₁坐标系绕Z₀轴的旋转矩阵，具体的：