一种半柔性机械臂系统的控制方法与流程

技术特征：

1.一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A_n，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B_n；所述附加的柔性连杆为R，R与刚性连杆A_n通过关节B_n+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B_n的轴线作为Z轴，然后把关节B_n+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B_n+1到柔性连杆R的末端的线段长度L_n+1，L_n+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A_n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q_d、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，K_p和K_v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，t_d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。

2.如权利要求1所述的一种半柔性机械臂系统的控制方法，其特征在于，所述步骤5中，关节力矩表示为τ，q＝[θ₁ … θ_n θ_n+1]^T表示前n个关节的角度θ₁～θ_n和第n+1个关节的角度测量值θ_n+1组成的关节向量，其中θ_n+1为柔性连杆R变形前测得的关节角度；表示前n个关节的角度θ₁～θ_n和虚拟关节角度组成的关节角向量，为柔性连杆变形后的虚拟关节角度；则所述半柔性机械臂系统的动力学方程具体如下：

$M^0\stackrel{\·\·}{q}+C^0\stackrel{\·}{q}+G^0+\mathrm{\ω}=\mathrm{\τ}$

其中，为关节力矩，M⁰为机械臂变形前相应的惯性矩阵、C⁰为机械臂变形前相应的离心力和哥氏力矩阵、G⁰为机械臂变形前相应的重力项，和分别为q的二阶和一阶导数，ω为扰动，ΔC为机械臂变形前相应的离心力和哥氏力矩阵变化量，ΔG为机械臂变形前后相应的重力项变化量，为关节角加速度向量变化量，为关节角向量速度变化量。

3.如权利要求2所述的一种半柔性机械臂系统的控制方法，其特征在于，所述step603中以笛卡尔空间的轨迹误差的平方和作为目标函数R，关节空间的期望节轨迹作为控制变量，求出目标函数R对控制变量的各个分量的负梯度方向分别为则所述调整值为：其中μ为设定的学习步长。