[发明专利]一种水下机械臂控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种水下机械臂控制方法及系统，属于机械设备控制领域。现有的水下机械臂控制方法繁琐，位置控制精度低，不能快速精准地进行水下机械臂位置控制。本发明提出将水下机械臂在水流作用下所产生的末端变形融入到机械臂运动学模型中，使水下机械臂的运动学模型更加精确，从而能够实现水下机械臂的快速精准的位置控制。

技术领域

本发明公开了一种水下机械臂控制方法及系统。

背景技术

水下机械臂的运动学问题主要研究的是机械臂末端执行器与机械臂关节变量之间的位置和方向关系，包括正运动学和逆运动学两个基本问题。机械臂正运动学方程可以用于机械臂的正向控制，而逆运动学是机械臂轨迹规划和运动控制的基础。所以说建立正确、准确的机械臂运动学模型对于机械臂的精准位置控制具有重要意义。

水下机械臂在靠近定点作业目标的过程中，存在着模型不确定性及水流干扰的情况。目前水下机械臂的位置控制方法主要是使用关节控制的方法对水下机械臂的关节角度进行控制，而关节角度需要通过运动学模型计算所得。

但是，目前的水下机械臂运动学模型的建立过程中都没有考虑机械臂结构受水流作用而产生的形变，这种形变在机械臂结构刚性较小，工作环境水流大的情况下更为明显，形变的出现势必会导致机械臂末端的位置出现偏移，位置偏移的存在会导致机械臂的位置精度的降低，这对于一些精度要求较高的场所影响较大，目前解决这种误差的主要方法是通过水下机械臂末端传感器的位置测量与控制算法相结合进行后置反馈调节，这一方法过于繁琐且响应迟缓。

发明内容

本发明是针对目前现有水下机械臂存在受水流作用力而产生的末端位置偏移的问题而提出的一种水下机械臂控制方法及系统，该方法和系统在建立机械臂运动学模型的过程中考虑到机械臂受水流作用而产生的形变，所建立的运动学模型的准确度大大提高，对后续的轨迹规划、精准的位置控制具有重要意义。

本发明采用的技术方案如下:

第一方面，本发明提出了一种水下机械臂控制方法，包括如下步骤：

步骤一：运用D-H法建立水下机械臂的运动学模型；

步骤二：对水下机械臂的受力状况进行分析，得到各个力的值；

步骤三：运用ANSYS对机械臂结构进行静力学分析，得到不同角度下水下机械臂末端的变形量；

步骤四：将所得的水下机械臂末端变形量数据进行曲线拟合，得到有关于关节角度与水下机械臂末端偏移量的函数方程；

步骤五：将上一步所得到的末端位置偏移函数方程加入到水下机械臂运动学模型中，达到修正水下机械臂运动学模型的目的；

步骤六：通过修正后的正运动学模型进行轨迹规划，根据曲线特点以及实际工作要求选取N个末端位置坐标P_i(x_i，y_i，z_i)。

步骤七：将获取的N个点通过修正后的逆运动学模型进行运动学反解的计算。得到每一个轨迹坐标点对应的驱动关节所对应的角度值θ_ij。

步骤八：将上述得到的转动角度下发至运动控制器，通过伺服驱动系统驱动各关机器转动相应角度，各连杆联动完后预定的运动轨迹，从而达到目标位置。

另一方面，本发明还提出了一种水下机械臂控制系统，包括

第一模块，被配置为建立水下机械臂的运动学模型；

第二模块，被配置为对水下机械臂的受力状况进行分析，得到各个力的值；

第三模块，被配置为对机械臂结构进行静力学分析，得到不同角度下水下机械臂末端的变形量；