[发明专利]作业飞行机器人动态滑翔抓取与力位混合控制方法

说明书

本发明涉及一种作业飞行机器人动态滑翔抓取与力位混合控制方法，包括以下步骤：步骤S1：考虑重心偏移以及抓取过程中受力和力矩，构建搭载机械臂的四旋翼无人机系统模型和二自由度机械手模型；步骤S2：计算机械手末端受到的瞬时接触力和抓取力；步骤S3：构建参数估计器，并进行参数估计；步骤S4：根据估计参数，进行飞行平台位置控制，在建模误差存在的情况下进行神经网络滑模自适应控制，并解算出通过升力、翻滚力矩、俯仰力矩、偏航力矩；步骤S5：针对所抓取的力分析进行二自由度机械臂力控制，并解算出控制力矩；步骤S6：通过升力、翻滚力矩、俯仰力矩、偏航力矩解算出四个旋翼的转速；步骤S7：通过解算得到的数据，控制无人机。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，涉及一种作业飞行机器人动态滑翔抓取与力位混合控制方法。

背景技术

无人机实现无人驾驶的方式从遥控驾驶，到机载计算机自主控制。无人机已经是成熟的飞行平台，可以在飞行平台上搭载不同组件扩展飞行平台在不同领域的应用。比如，航拍勘测、农药喷洒、目标跟踪等领域都有无人机应用的潜能。其中，这些应用不乏需要在无人机平台上搭载机械臂，将二者结合起来就是作业型飞行机器人，如此高端的设备可使工业获得很大的便利。随着研究员对这块领域的深入，已经有学者实现了无人机搭载机械臂在实际中的应用。具有7自由度机械臂的作业型飞行机器人,能够灵活完成抓取和装配作业；在作业型飞行机器人系统上增加了视觉伺服控制,可以完成自主的抓取任务；使用作业型飞行机器人的机械臂末端和物体接触,以代替力传感器完成接触力测量工作；采用并联作业型飞行机器人系统,可以更好的仿生工作。

上述的这些应用都有一个飞行抓取的动作。而想要凭借指令飞行抓取，就还有一些技术难点需要攻克。关于抓取方式，是控制工程首要解决的问题。仿生物体滑翔抓取物体毫无疑问是当今研究的热点之一，由于滑翔抓取物体会产生较大的冲击力，对飞行平台会产生较大的影响，若飞行速度过快或者所抓取物体过重，会使飞行平台偏离规划好的位置甚至失控。

对于作业型飞行机器人抓取物体的问题，已经有很多学者做出了控制方法。例如使用作业型飞行机器人的机械臂末端和物体接触,以代替力传感器完成接触力测量工作；分别建立飞行平台和机械臂动力学模型，使用H_∞控制方法对所抓取物体进行控制。上述控制方法大多只能抓取质量较小物体，对抓取较大的物体会产生较大的误差甚至导致失控。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种作业飞行机器人动态滑翔抓取与力位混合控制方法，能够有效提高无人机的抓取控制精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种作业飞行机器人动态滑翔抓取与力位混合控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：考虑重心偏移以及抓取过程中受力和力矩，构建搭载机械臂的四旋翼无人机系统模型和二自由度机械手模型；

步骤S2：通过对机械手与物体瞬时接触力和抓取力的分析，计算机械手末端受到的瞬时接触力f_m和抓取力f₁,f₂；

步骤S3：构建参数估计器，并对飞行平台的质量m以及惯性张量I_x,I_y,I_z进行估计；

步骤S4：根据步骤S3得到的估计参数，进行飞行平台位置控制，在建模误差存在的情况下进行神经网络滑模自适应控制，并解算出通过升力u₁、翻滚力矩u₂、俯仰力矩u₃、偏航力矩u₄；

步骤S5：针对所抓取的力分析进行二自由度机械臂力控制，并解算出控制力矩τ₁,τ₂；