[發明專利]一種非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法

有效

• 申請號: 202011060120.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112223286B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 紀鵬;馬鳳英;張芳芳;張慧;曹茂永
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取交互設備輸入的軌跡并映射為機械臂運動空間中的牽引軌跡；

求解牽引軌跡在機械臂關節空間中每個關節的期望關節軌跡；

為每個關節引入一個虛擬控制量，將機械臂系統解耦為單輸入-單輸出的關節組；

對每個關節配置一種自抗擾滑模控制器減弱期望關節軌跡中出現的加速度突變，并將其輸出值作為每個關節的虛擬控制量，使每個關節跟蹤對應關節期望關節軌跡；

對于自抗擾滑模控制器的設計過程包括以下步驟：

設計微分跟蹤器對期望關節軌跡進行濾波，并計算其速度；

計算設計模型輔助擴張狀態觀測器實現對每個關節的干擾的在線估計及消除；

設計每個關節的滑模控制器，將滑模控制器的輸出值作為每個關節的虛擬控制量；

將所有關節的虛擬控制量還原為機械臂整體的實際控制量，并對實際控制量進行去噪后發送給遙操作機械臂的驅動器，實現機械臂末端對牽引軌跡的跟蹤。

2.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，對于軌跡的映射包括以下步驟：

建立機械臂的正運動學方程，設定各個關節角的運動范圍，并獲取機械臂末端在空間內的運動范圍；

依據交互設備的活動自由度，設定交互設備多個活動自由度的活動范圍與機械臂末端多個維度的運動范圍相對應，并實現匹配。

3.如權利要求2所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，交互設備某一自由度的運動范圍與機械臂末端在空間某一維度運動范圍對應，交互設備產生的牽引軌跡映射為機械臂在空間內的牽引軌跡，并對牽引軌跡進行低通濾波去除非均勻牽引導致的高頻噪聲。

4.如權利要求2所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，通過機械臂的D-H參數建立機械臂的正運動學方程，使用蒙特卡洛算法來獲取機械臂末端在笛卡爾空間內的運動范圍。

5.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，對機械臂系統解耦時，將多輸入-多輸出的非線性、強耦合機械臂系統解耦為單輸入-單輸出的關節組。

6.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，所述滑模控制器包括滑動均值濾波器，對期望關節軌跡中出現的加速度突變進行減弱。

7.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，在實際控制量發送給機械臂的驅動器之前，對實際控制量進行低通濾波處理，去除機械臂實際控制量的高頻波動。

8.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，所述交互設備為人機交互設備，在外部控制下產生牽引軌跡并映射到機械臂。

9.如權利要求1所述的非均勻牽引力機械臂末端牽引遙操作控制方法，其特征在于，通過機器人逆運動學算法求解牽引軌跡在機械臂空間中每個關節的期望關節軌跡。