【技術實現步驟摘要】
本申請涉及機械臂控制，例如涉及一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法。
技術介紹
1、隨著科學技術的發展，長距離空間機械臂的應用越來越廣泛，且對機械臂的精確操控的要求越來越高。基于空間機械臂來完成未來大孔徑空間望遠鏡、大型通信天線、空間太陽能電站以及深空探測中轉站等空間大型平臺和基礎平臺的在軌組裝、建造和維護時，需要機械臂具備能夠被長距離精確操控的關鍵能力，繩簇驅動大跨度空間機械臂應運而生。繩簇驅動大跨度空間機械臂是一種由模塊化肌腱驅動關節串聯而成的機械臂。該機械臂的肌腱驅動關節包含吊桿，以實現張力繩簇網絡和關節旋轉軸之間更長的力矩臂，起到力矩放大的作用。借助于繩簇傳動，驅動裝置無需位于關節處，解決了傳統關節擁擠設計的問題。與此同時，張力繩簇環繞整個關節，可實現關節剛度增強的作用。此外，臂桿本身為輕質桁架結構，減輕了整臂質量。因此，在相同操控距離設計下，繩簇驅動大跨度空間機械臂比傳統的空間機械臂更容易兼顧輕質、低慣、高剛度和大折展比等特性，能夠更好地滿足未來大型空間任務對于長距離在軌操控的需求。
2、目前的繩簇驅動大跨度空間機械臂的單個關節模塊采用四臺電機驅動，一組繩簇直接連接由電機驅動的卷筒和吊桿，傳遞效率高，不會出現打滑現象，且卷筒儲存繩索的方式能產生較大的繩索變化量。然而，該種設計需要四根繩索協調兩個獨立自由度以驅動關節，繩索容易松弛，控制難度較大。相關技術中，采用臂桿一側的兩根繩索作為驅動繩，使用位置控制模式，而另一側兩根繩索作為拮抗繩，使用力控模式來控制大跨度空間機械臂。但是這樣的控制方式可能出現位
技術實現思路
1、本申請旨在提供一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法。
2、根據本申請的一方面，提出一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法，包括：基于預設的模型參數、預設的機械臂本體運動學模型、預設的繩索長度和關節角映射關系、預設的電機轉角和繩索長度映射關系，建立繩簇驅動大跨度空間機械臂的運動學模型和動力學模型；根據任務需求、運動學模型和動力學模型，確定機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡；根據運動學模型和機械臂關節角期望軌跡，確定電機轉角的期望軌跡；根據模型參數、電機轉角的期望軌跡、機械臂關節角期望軌跡、繩索張力期望軌跡、實測的機械臂關節角反饋、實測的繩索張力反饋以及預設的力位型混合反饋運動控制器，確定伺服電機轉角指令，以控制繩簇驅動大跨度空間機械臂按照伺服電機轉角指令進行運動。
3、根據一些實施例，基于預設的模型參數、預設的機械臂本體運動學模型、預設的繩索長度和關節角映射關系、預設的電機轉角和繩索長度映射關系，建立繩簇驅動大跨度空間機械臂的運動學模型和動力學模型，包括：獲取繩索長度和關節角映射關系、電機轉角和繩索長度映射關系、機械臂本體運動學模型和模型參數；其中，模型參數包括運動學模型參數和動力學模型參數；將繩索長度和關節角映射關系、電機轉角和繩索長度映射關系、機械臂本體運動學模型和運動學模型參數，確定為運動學模型；基于拉格朗日法和動力學模型參數，確定動力學模型。
4、根據一些實施例，動力學模型參數包括繩索線性剛度系數及繩索線性阻尼系數；上述方法還包括：基于預設的繩索張力確定方式、繩索線性剛度系數、繩索線性阻尼系數，確定多根繩索各自對應的繩索張力，以根據繩索張力、動力學模型參數和拉格朗日法，確定動力學模型。
5、根據一些實施例，上述方法還包括：基于繩簇驅動大跨度空間機械臂中多個關節對應的多組預設的關節關聯組成信息，確定每一組關節關聯組成信息對應的關節、吊桿、繩索和臂桿的組成數據；根據關節、吊桿、繩索和臂桿的組成數據和預設的映射關系設置方式，確定繩索長度和關節角映射關系。
6、根據一些實施例，根據任務需求、運動學模型和動力學模型，確定機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡，包括：根據任務需求，確定繩簇驅動大跨度空間機械臂對應的運動任務中的初始時刻、結束時刻以及預緊力；其中，預緊力為初始時刻的繩索張力；獲取初始時刻和結束時刻的關節角；根據運動學模型和關節角，確定機械臂關節角期望軌跡；根據動力學模型，確定靜力平衡關系；根據靜力平衡關系和任務需求，確定結束時刻的期望張力；根據運動學模型、預緊力和結束時刻的期望張力，確定繩索張力期望軌跡。
7、根據一些實施例，根據運動學模型和機械臂關節角期望軌跡，確定電機轉角的期望軌跡，包括：向運動學模型中輸入機械臂關節角期望軌跡，輸出電機轉角的期望軌跡。
8、根據一些實施例，根據模型參數、電機轉角的期望軌跡、機械臂關節角期望軌跡、繩索張力期望軌跡、實測的機械臂關節角反饋、實測的繩索張力反饋以及預設的力位型混合反饋運動控制器，確定伺服電機轉角指令，以控制繩簇驅動大跨度空間機械臂按照伺服電機轉角指令進行運動，包括：獲取繩簇驅動大跨度空間機械臂的臂型與繩索收放特性的關系、機械臂關節角反饋和繩索張力反饋；根據機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡，確定當前時刻的期望關節角和期望繩索張力；根據期望關節角、機械臂關節角反饋、期望繩索張力和繩索張力反饋，確定實際關節角差值和實際繩索張力誤差；將模型參數、電機轉角的期望軌跡、實際關節角差值和實際繩索張力誤差輸入到力位型混合反饋運動控制器，以輸出確定伺服電機轉角指令；控制繩簇驅動大跨度空間機械臂按照伺服電機轉角指令進行運動。
9、根據本申請的一方面，提出一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制系統，包括：
10、模型建立模塊，用于基于預設的模型參數、預設的機械臂本體運動學模型、預設的繩索長度和關節角映射關系、預設的電機轉角和繩索長度映射關系，建立繩簇驅動大跨度空間機械臂的運動學模型和動力學模型；
11、軌跡生成模塊，用于根據任務需求、運動學模型和動力學模型，確定機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡；根據運動學模型和機械臂關節角期望軌跡，確定電機轉角的期望軌跡；
12、指令生成模塊，用于根據模型參數、電機轉角的期望軌跡、機械臂關節角期望軌跡、繩索張力期望軌跡、實測的機械臂關節角反饋、實測的繩索張力反饋以及預設的力位型混合反饋運動控制器，確定伺服電機轉角指令，以控制繩簇驅動大跨度空間機械臂按照伺服電機轉角指令進行運動。
13、可選地，模型建立模塊具體用于：
14、獲取繩索長度和關節角映射關系、電機轉角和繩索長度映射關系、機械臂本體運動學模型和模型參數；其中，模型參數包括運動學模型參數和動力學模型參數；
15、將繩索長度和關節角映射關系、電機轉角和繩索長度映射關系、機械臂本體運動學模型和運動學模型參數，確定為運動學模型；
16、基于拉格朗日法和動力學模型參數，確定動力學模型。
17、可選地，動力學模型參數包括繩索線性剛度系數及繩索線性阻尼系數；繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制系統還包括繩索張力確定模塊，用于：本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于預設的模型參數、預設的機械臂本體運動學模型、預設的繩索長度和關節角映射關系、預設的電機轉角和繩索長度映射關系，建立繩簇驅動大跨度空間機械臂的運動學模型和動力學模型，包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述動力學模型參數包括繩索線性剛度系數及繩索線性阻尼系數；所述方法還包括：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據任務需求、所述運動學模型和所述動力學模型，確定機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡，包括：
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述運動學模型和所述機械臂關節角期望軌跡，確定電機轉角的期望軌跡，包括：
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述模型參數、所述電機轉角的期望軌跡、所述機械臂關節角期望軌跡、所述繩索張力期望軌跡、實測的機械臂關節角反饋、實測的繩索張力反饋以及預設的力
8.一種繩簇驅動大跨度空間機械臂的反饋控制系統，其特征在于，包括：
9.一種電子設備，其特征在于，包括：
10.一種非瞬時性計算機可讀存儲介質，其特征在于，其上存儲有計算機可讀指令，當所述指令被處理器執行時，使得所述處理器執行如權利要求1-7任一項所述的繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法。
...【技術特征摘要】
1.一種繩簇驅動大跨度空間機械臂力位型混合控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于預設的模型參數、預設的機械臂本體運動學模型、預設的繩索長度和關節角映射關系、預設的電機轉角和繩索長度映射關系，建立繩簇驅動大跨度空間機械臂的運動學模型和動力學模型，包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述動力學模型參數包括繩索線性剛度系數及繩索線性阻尼系數；所述方法還包括：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據任務需求、所述運動學模型和所述動力學模型，確定機械臂關節角期望軌跡和繩索張力期望軌跡，包括：
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述運動...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁斌，鄭旭東，張開明，鄧飏，孟得山，劉厚德，
申請(專利權)人：啟元實驗室，
類型：發明
國別省市：
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