[發(fā)明專利]彈性光滑曲面約束的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的建模與控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110067449.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN112818482B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉旺;苑婷雯;李杰;劉濤;陳鵬;王冬琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.彈性光滑曲面約束的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的建模與控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

將細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的橫截面簡(jiǎn)化成圓截面、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成Kirchhoff彈性細(xì)桿，構(gòu)建細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人模型并進(jìn)行非線性靜力學(xué)分析；

采用有限差分方法對(duì)細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人模型進(jìn)行空域離散，添加幾何空間邊界條件約束、定長(zhǎng)條件約束和彈性光滑曲面約束；

通過自適應(yīng)搜索彈性約束條件的優(yōu)化算法，對(duì)細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人模型進(jìn)行求解，得到細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人各離散點(diǎn)的幾何空間坐標(biāo)及力學(xué)信息；

根據(jù)求解結(jié)果得到的機(jī)器人末端離散點(diǎn)的力學(xué)信息，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制；

所述的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人模型為：

根據(jù)線彈性本構(gòu)關(guān)系，得到所述的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人截面作用力主矩：

其中，h_j表示細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人靜力平衡、靜力矩平衡及歐拉參數(shù)方程，j＝1…7；參數(shù)q₁、q₂、q₃、q₄為細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人圓截面的歐拉參數(shù)，E、G為均勻各向同性的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的楊氏模量和剪切模量；I_x、I_y橫截面相對(duì)主軸坐標(biāo)系x軸、y軸的慣性矩，I_z為橫截面相對(duì)主軸坐標(biāo)系z(mì)軸的極慣性矩：a為圓截面的半徑；F_i為細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人內(nèi)力在橫截面主軸坐標(biāo)系下的映射；M_i為細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人內(nèi)力矩在橫截面主軸坐標(biāo)系下的映射；ω_i表示彎扭度；f_i為細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人所受分布合力在橫截面主軸坐標(biāo)系下的映射，包括彈性接觸力F_T、重力分布力G，其中i＝x,y,z；

所述彈性光滑曲面約束為：

接觸力接觸力在世界坐標(biāo)系下的映射表示為：k為彈性約束曲面的彈性系數(shù)；

其中，彈性光滑曲面的圓心坐標(biāo)為(X₀,Y₀,Z₀)，R₀為光滑曲面的半徑，機(jī)器人離散點(diǎn)坐標(biāo)為(ξ,η,ζ)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性光滑曲面約束的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的建模與控制方法，其特征在于，所述采用有限差分方法對(duì)細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人模型進(jìn)行空域離散具體如下：

采用有限差分方法，以均布節(jié)點(diǎn)作為離散點(diǎn)，對(duì)模型進(jìn)行空域離散，得到總長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人n等分后的n+1個(gè)離散點(diǎn)，所述離散點(diǎn)在細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人幾何中心線上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性光滑曲面約束的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的建模與控制方法，其特征在于：幾何空間邊界條件約束包括細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的首末離散點(diǎn)的歐拉參數(shù)及末端離散點(diǎn)幾何空間坐標(biāo)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈性光滑曲面約束的細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人的建模與控制方法，其特征在于，所述定長(zhǎng)條件約束為：

其中，h₈表示細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人長(zhǎng)度恒定不變，ξ_j，η_j，ζ_j表示細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人離散點(diǎn)j在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過Simpson插值求積公式對(duì)細(xì)長(zhǎng)軟體機(jī)器人切線矢量積分得到。