一种多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115741723A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211641038.8(22)申请日2022.12.20(71)申请人北方工业大学地址100144北京市石景山区晋元庄路5号申请人北京控制工程研究所(72)发明人何广平胡紫阳马楠袁俊杰宋国庆王建辉赵成浩胡勇胡海霞汤亮魏春岭张海博徐拴锋朱世清(74)专利代理机构北京盛询知识产权代理有限公司11901专利代理师郭成文(51)Int.Cl.B25J9/16(2006.01)B25J9/06(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法(57)摘要本发明涉及一种多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，包括：构建机械臂运动学模型，并基于逆运动学对所述机械臂运动学模型进行求解，得到逆运动学关系模型；基于所述逆运动学关系模型，构建不动点压缩迭代映射模型，获取位形空间变形量；将所述位形空间变形量代入所述逆运动学模型，获得驱动空间变形补偿后的期望轨迹，基于所述期望轨迹对变形量进行实时补偿。本发明提出一种伺服刚度控制的方法，能够使机械臂对负载的反应能力进行调节，相较于传统的刚度控制，该方法更适用于机械臂与环境或者人接触的场合下。通过这种方法本发明能够使执行器同时实现精准、柔顺的交互操作，并且提高了交互操作的安全性。CN115741723ACN115741723A权利要求书1/2页1.一种多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，包括：构建机械臂运动学模型，并基于逆运动学对所述机械臂运动学模型进行求解，得到逆运动学关系模型；基于所述逆运动学关系模型，得到位形空间刚度，构建不动点压缩迭代映射模型，获取位形空间变形量；将所述位形空间变形量代入所述逆运动学模型，获得驱动空间变形补偿后的期望轨迹，基于所述期望轨迹对变形量进行实时补偿。2.根据权利要求1所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，建立所述机械臂运动学模型包括：获取蛇形机械臂的单个关节连接关系，基于所述单个关节连接关系，得到中间坐标系，对所述中间坐标系进行计算，建立关节坐标系，得到所述机械臂运动学模型；所述机械臂运动学模型的表达式为：其中，c为cos,s为sin,L为具有对称外形的万向关节的一半长度，θ1和θ2为位形空间广义坐标。3.根据权利要求2所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，得到所述逆运动学模型包括：基于逆运动学对所述机械臂运动学模型进行求解，得到所述逆运动学模型；所述逆运动学模型表达式为：l＝f(θ)其中，l∈R3为驱动空间坐标，θ∈R2为位形空间坐标。4.根据权利要求3所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，构建所述不动点压缩迭代映射包括：对所述蛇形机械臂进行力学分析，建立期望闭环系统，基于所述期望闭环系统，建立阻抗控制模型；基于所述阻抗控制模型和所述逆运动学模型对所述蛇形机械臂进行协调阻抗控制，对所述度蛇形机械臂的位置、力、伺服刚度进行控制；计算所述伺服刚度，得到所述位形空间刚度，基于所述位形空间刚度，构建不动点压缩迭代映射模型。5.根据权利要求4所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，建立所述期望闭环系统的方法为：其中为阻抗系统的期望惯性、阻尼和刚度，ei为位置误差，为速度误差，为加速度误差,Fei为钢丝绳拉动对象所受到的外负载力在该钢丝绳上的分量。6.根据权利要求4所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，构建不动2CN115741723A权利要求书2/2页点压缩迭代映射模型的方法为：其中，Kθ为机械臂位形空间的刚度，Δθ＝θ‑θ0为机械臂位形空间位置的变形量，θ0为已知名义位形空间位置，θ为机械臂变形后位形空间的位置，τG(θ)为驱动钢丝拉动对象的重力矩，为动平台所受到的外力矩。7.根据权利要求6所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，获取所述位形空间变形量包括：基于所述不动点压缩迭代映射模型，获取位置运动学的迭代关系，基于所述位置运动学的迭代关系，获得所述蛇形机械臂的实际位形空间位置，对所述实际位形空间位置进行迭代，得到所述位形空间变形量。8.根据权利要求7所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，对所述实际位形空间位置进行迭代包括：其中，θ0为已知名义位形空间位置，θ为机械臂变形后位形空间的位置，为机械臂位形空间刚度的逆矩阵，τG为驱动钢丝拉动对象的重力矩，Fe(θk(t))为动平台所收到的外力矩，θk(t)和θk+1(t)分别为迭代映射公式中第k次迭代值和第k+1次迭代值，实际含义为位形空间关节角度。9.根据权利要求6所述的多自由度蛇形机械臂的精度补偿方法，其特征在于，基于所述期望轨迹对变形量进行