[发明专利]一种联动型绳驱柔性机械臂的闭环控制方法和系统

说明书

本发明涉及联动型绳驱柔性机械臂的闭环控制方法和系统，其中的方法包括：获取联动型绳驱柔性机械臂的下一时刻的期望目标构型；获取联动型绳驱柔性机械臂的所有角度传感器数据；计算当前时刻各个联动臂段的等效关节转角；计算出关节闭环输出量；将关节闭环输出量转换为运动速度量；将联动型绳驱柔性机械臂绳索的运动速度量转化为电机运动速度；控制电机跟随电机运动速度进行运动；判断轨迹是否走完，若未走完进入下一个控制周期，否则结束控制。其中系统包括配套的联动型绳驱柔性机械臂、关节传感器数据采集系统和实施上述方法的计算机装置。本发明解决关节传感器采集信号传输不稳定、走线困难和提高联动型柔性臂运动控制精度。

技术领域

本发明涉及一种联动型绳驱柔性机械臂的闭环控制方法和系统，属于机器人技术领域。

背景技术

绳驱柔性机械臂尤其是联动型绳驱柔性机械臂具有臂段狭长，高自由度、弯曲效果好、运动范围大、使用电机数量少等优点，因此，在面临狭小空间、复杂场景等工况下，联动型绳驱柔性机械臂具有很强的灵活性，被广泛应用在航天、核电等狭小空间的精细作业任务中。然而实际上，绳索与机构接触产生的剧烈摩擦、绳索的弹塑性变形等都极大地影响了联动型绳驱柔性机械臂的运动精度，这些使得联动关节段内的各关节并非按照严格的等角度情况运动，造成理论运动模型与实际运动模型相差甚大，系统闭环控制难度大。另一方面，联动型绳驱柔性机械臂的自由度众多且臂段过长，容易导致臂杆内走线困难、传感信号传输不稳定不可靠等问题。

发明内容

本发明提供联动型绳驱柔性机械臂的闭环控制方法和系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，主要包括关节角度传感器信号传输不稳定、走线困难和提高联动型柔性臂运动控制精度。

本发明的技术方案一方面涉及一种联动型绳驱柔性机械臂的闭环控制方法，用于控制联动型绳驱柔性机械臂执行作业任务，其中，根据本发明的方法包括以下步骤：

S110、获取所述联动型绳驱柔性机械臂的下一时刻的期望目标构型q_d；

S120、获取所述联动型绳驱柔性机械臂的所有角度传感器数据q_real；

S130、计算当前时刻各个所述联动臂段的等效关节转角q_eq；

S140、将所述期望目标构型q_d与各个所述联动臂段的等效关节转角q_eq的差值作为关节闭环控制输入量，计算出关节闭环输出量PID_out；

S150、将所述关节闭环输出量PID_out转换为联动型绳驱柔性机械臂绳索的运动速度量Vel_l；

S160、将所述联动型绳驱柔性机械臂绳索的运动速度量Vel_l转化为电机运动速度；

S170、控制电机跟随电机运动速度进行运动；

S180、判断当前联动型绳驱柔性机械臂的构型q_cur是否为最终目标期望构型q_tar，若否则返回S110进入下一个控制周期，若是则结束控制。

进一步，在所述步骤S110前还包括：

S101、根据关节角度传感器获得当前联动型绳驱柔性机械臂的构型q_cur，以及根据用户输入获得最终目标期望构型q_tar，将所述构型q_cur和所述最终目标期望构型q_tar输入到轨迹规划器，所述轨迹规划器包括但不限于五次样条规划器、三次样条规划器和梯形规划器；