[发明专利]一种半柔性机械臂系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种半柔性机械臂系统的控制方法，半柔性机械臂系统由刚性机械臂和附加的柔性连杆组成，刚性机械臂是由一系列的刚性连杆和关节构成，其中关节为转动关节或者移动关节；方法包括如下步骤：刚性机械臂共有n+1个刚性连杆，附加的柔性连杆为R；刚性机械臂采用改进型的DH参数方法建立得到n+1个刚性连杆的固连坐标系，并计算得到n+1个刚性连杆的连杆参数；将柔性连杆参数中的柔性连杆R的长度视为可变值，其他参数不变；根据连杆参数确定刚性连杆以及柔性连杆R之间相邻连杆的坐标系变换公式，然后建立关节力矩与关节角、关节速度、关节加速度之间的关系作为动力学方程，依据该动力学方程依据设定的控制方法对半柔性机械臂系统进行控制。

主权项

一种半柔性机械臂系统的控制方法，其特征在于，所述半柔性机械臂系统由刚性机械臂和附加的柔性连杆组成，所述刚性机械臂是由一系列的刚性连杆和关节构成，其中关节为转动关节或者移动关节；所述方法包括如下步骤：步骤1、所述刚性机械臂共有n+1个刚性连杆，编号从A0到An，相邻刚性连杆之间通过关节连接，共有n个关节，则关节编号从B1到Bn；所述附加的柔性连杆为R，R与刚性连杆An通过关节Bn+1连接；步骤2、所述刚性机械臂采用改进型的DH参数方法建立得到{0}，{1}，{2}，…，{n‑1}，{n}共n+1个刚性连杆的固连坐标系，并计算得到n+1个刚性连杆的连杆参数；附加的柔性连杆为R的三个坐标轴分别规定为：采用改进型的DH参数方法定义关节Bn的轴线作为Z轴，然后把关节Bn+1到柔性连杆R的末端的连线所在直线作为X轴，再根据右手坐标系的原则确定Y轴；步骤3、所述刚性机械臂按照原有的连杆参数规定不变；对于柔性连杆R，将柔性连杆R视作刚性连杆，进行连杆参数的计算，其中连杆参数中的柔性连杆R的长度为从关节Bn+1到柔性连杆R的末端的线段长度Ln+1，Ln+1为可变值，其他参数不变；步骤4、根据连杆参数确定刚性连杆A0到An以及柔性连杆R之间相邻连杆的坐标系变换公式；步骤5、用递推牛顿‑欧拉动力学算法建立半柔性机械臂系统的动力学方程，即建立关节力矩与关节角、关节速度、关节加速度之间的关系；步骤6、在上述动力学方程的基础上，依据如下方法对所述半柔性机械臂系统进行控制：step601、先假设所述半柔性机械臂系统中连杆均为刚性连杆，根据预先给出的笛卡尔空间中期望的运动轨迹规划出关节空间中的期望轨迹，用关节角度qd、速度和加速度表达；step602、根据step601中计算得到的关节空间中的期望轨迹采用鲁棒自适应PD控制算法，计算得到关节力矩τ为其中前两项为PD控制部分，e和分别表示关节角度和关节角速度的跟踪误差，Kp和Kv分别是PD控制中的位置和速度反馈对应的比例系数矩阵，为补偿动力学模型的自适应控制项，td表示补偿干扰的鲁棒控制项；step603、将step602控制后的关节空间的实际轨迹映射到笛卡尔空间，将实际轨迹的笛卡尔空间映射值与笛卡尔空间中期望的运动轨迹进行误差计算，并依据计算得到的误差为所述规划出关节空间中的期望轨迹增加一个调整值，返回step602，并重复step602和step603，直至所述误差满足精度要求。