【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人和柔性振動控制領域，具體涉及大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統。
技術介紹
1、近年來隨著隨著機器人技術的發展和空間探索的深入，空間機器人在空間資源開發中的應用越來越頻繁，繩索驅動系統因其質量小載重比大、靈活性好、安全性能高的人-機交互功能特性備受各領域工作者的廣泛關注，繩索驅動空間機器人目前在太空活動中發揮著越來越重要的作用，成為當前空間在軌系統中的熱門話題。然而繩索驅動技術的引入也帶來新的的挑戰和困難，現有研究過程中面臨的難題包括：動力學參數的高度復雜性、繩索的彈性、臂桿的柔性振動。
2、若要適應機器人高精度控制需求，要求一方面建立準確的機器人動力學模型，另一方面考慮機械臂臂桿的柔性振動以及繩索彈性對機器人運動造成的影響。為了實現該目標，需要解決的難題包括：繩索柔性振動、臂桿柔性振動控制。
3、現有的方案繩驅空間機器人控制方法均只考慮剛性臂桿空載狀態下的運動，沒有考慮大跨度繩驅機器人臂桿柔性振動以及繩索彈性對運動控制造成的影響，也沒有考慮末端負載與大跨度繩驅機器人運動時的干擾，現有繩驅機器人模型在處理大跨度柔性繩驅機械臂負載問題時難以準確描述，造成較大的跟蹤誤差。
4、公布號為cn117245670a的現有專利技術專利申請文獻《一種繩驅空間機械臂建模測試方法及系統》，該現有方法包括：在全局范圍內對柔性連桿參數進行假設，在繩驅空間機械臂系統的運動學模型中，通過坐標變換、向量運算以及矩陣處理，計算拓撲機械臂狀態空間下的坐標變換方程，以建立運動學方程，在繩索驅動系統中
5、綜上，現有繩驅機器人模型存在因對臂桿柔性、繩索彈性、末端負載、運動干擾考慮不充分，以及負載描述不準確，導致跟蹤誤差較大的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于：如何解決現有繩驅機器人模型中，因對臂桿柔性、繩索彈性、末端負載、運動干擾考慮不充分，以及負載描述不準確，導致跟蹤誤差較大的技術問題。
2、本專利技術是采用以下技術方案解決上述技術問題的：大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法包括：
3、s1、對柔性臂空間機器人系統中的柔性連桿，利用假設模態發進行建模過程簡化，以將柔性連桿視為euler-bernoulli梁；
4、s2、構建運動學方程，得到繩驅空間機械臂系統運動學模型，利用繩驅空間機械臂系統運動學模型，通過坐標變換、向量運算以及矩陣計算，拓撲機械臂狀態空間下坐標變換方程；在繩索驅動系統中，將集成驅動繩索張力變化數據，以映射到機械臂各關節轉軸的運動，以對機械臂的末端目標物進行運動控制；
5、s3、根據繩驅空間機械臂系統運動學模型，利用第二類lagrange方程，推導得到繩驅空間機械臂系統動力學方程，以構建柔性臂桿繩驅空間機器人的動力學模型；
6、s4、設計繩驅空間機械臂系統的控制方法，其中，基于繩驅空間機械臂系統動力學方程進行推導，以根據滑模等效控制原理，設計控制律，處理得到繩驅空間機械臂系統的各關節角跟蹤誤差、角速度跟蹤誤差以及角加速度跟蹤誤差，據以根據滑?？刂撇呗?，設計終端滑模面，根據柔性影響，設計非線性控制項。
7、本專利技術針對繩驅機器人臂桿柔性和繩索彈性進行振動抑制控制，通過假設模態法處理臂桿柔性問題，給出了包含繩索映射關節的繩驅機器人數學模型，并使用終端滑?？刂频姆椒▽лd情況下大跨度柔性繩驅機器人進行了控制仿真驗證。本專利技術提供的大跨度繩驅柔性臂桿空間機械臂模型與實物擬合度高，且具有結構簡單，泛用性強的優點。本專利技術實現了大跨度繩驅柔性臂桿空間機械臂剛性控制的精確性，并保證了柔性振動的可控。
8、在更具體的技術方案中，s1包括：
9、s11、根據假設模態法，利用下述截斷模態方程，描述柔性臂桿i的法向彈性位移ω(xi,t)：
10、
11、式中，φij(xi)為第j階模態函數，δij(t)為第j階柔性振動模態坐標，n為模態保留階數，xi為臂桿某點到根部的長度；
12、s12、根據下述邏輯，利用前兩階模態振型體現柔性梁變形：
13、ω(xi,t)＝φi1(xi)δi1(t)+φi2(xi)δi2(t)????(2)
14、s13、根據下述第j階模態函數，將柔性連桿中的機械臂臂桿，簡化為懸臂梁：
15、φij(xi)＝[cos(cijxi)-cosh(cijxi)]+aij[sin(cijxi)-sinh(cijxi)]????(3)
16、式中，
17、
18、cij為第i根臂桿的j階模態函數的等效特征頻率，li為臂桿i的長度；
19、s14、利用下述邏輯，表達柔性臂桿的等效抗彎剛度矩陣：
20、kb＝diag(k11,k12,k21,k22)，
21、其中，kb為柔性臂桿的等效抗彎剛度矩陣，
22、在更具體的技術方案中，s2包括：
23、s21、利用下述邏輯，確定各柔性臂上任意一點相對于慣性坐標系(o-xy)原點o的位置向量，rδi(i＝1，2)如下式：
24、rδ1＝x1ex1-ω(x1,t)ey1????(4)
25、rδ2＝l1ex1+2d1es1+x2ex2-ω(x2,t)ey2????(5)
26、rp＝l1ex1+2d1es1+l2ex2-ω(l2,t)ey2????(6)
27、其中，rδ1、rδ2、rp分別為臂桿1，臂桿2及末端負載的質心矢量，ex0、ex1、ex2、es1、ey1、ey2為沿機械臂關節方向的單位向量；x1，x2分別為臂桿1，2任意一點到臂桿端點的桿向距離，，l1為臂桿1長度，d1為吊具長度；
28、s22、利用下述邏輯，確定沿機械臂關節方向的單位向量：
29、ex0＝ex1＝[cos(θ0)?sin(θ0)]t
30、ex2＝[cos(θ0+θ1)?sin(θ0+θ1)]t
31、
32、ey1＝[-sin(θ0)?cos(θ0)]t
33、ey2＝[-sin(θ0+θ1)?cos(θ0+θ1)]t
34、其中，ex0、ex1、ex2、es1、ey1、ey2為沿機械臂關節方向的單位向量，r0＝[x0?y0]t為載體質心位置向量，l0是載體質心到臂桿連接處的距離，l1和l2是臂桿的長度。
35、s23、確定二桿柔性臂關節部分的質心位置向量；
36、s24、利用下述本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S1包括：
3.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S2包括：
4.根據權利要求3所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S22中，利用下述邏輯，確定所述質心位置向量：
5.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S3包括：
6.根據權利要求5所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S31中，利用下述邏輯，表達所述機械臂吊具動能：
7.根據權利要求5所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S32中，根據給定電機電流控制信號im，電機力轉矩常數Km，利用下述邏輯確定半徑為r的絞盤輸出力矩為τM：
8.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S4
9.根據權利要求8所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述S46中，利用下述邏輯，設計所述非線性控制項：
10.大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制系統，其特征在于，所述系統包括：
...【技術特征摘要】
1.大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述s1包括：
3.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述s2包括：
4.根據權利要求3所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述s22中，利用下述邏輯，確定所述質心位置向量：
5.根據權利要求1所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方法及系統，其特征在于，所述s3包括：
6.根據權利要求5所述的大跨度繩驅柔性機械臂振動抑制控制方...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁斌，劉厚德，孟得山，張智豪，梁論飛，張林松，
申請(專利權)人：江淮前沿技術協同創新中心，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。