[發明專利]一種含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂運動數據處理方法

有效

• 申請號: 202110179166.4
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112975925B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張越;谷海宇;王東輝;李文博;張海博
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/06
• 分類號: B25J9/06;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于機器人控制技術領域，公開了一種含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂運動數據處理方法，將蛇形機械臂上的繩孔和繩索分類，并由實際繩索長度與理想繩長的關系定義間隙系數；然后利用切比雪夫多項式擬合間隙系數；再利用間隙系數由繩索實際長度求解關理論繩索長度，并由理論繩索長度求解關節運動狀態，以及由關節空間求解工作空間狀態進行正運動學求解；再由工作空間狀態求解關節狀態，以及由關節角算理論繩長，并利用間隙系數計算實際繩長進行逆運動學求解。本發明方法運算簡單，能夠使含繩孔間隙的繩驅蛇形臂的控制精度提高，相比未考慮繩孔間隙的傳統方法，本發明方法能夠有效提高含繩孔間隙的繩驅蛇形臂的控制精度20％。

技術領域

本發明屬于機器人控制技術領域，尤其涉及一種含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂運動數據處理方法。

背景技術

目前，含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂：繩驅蛇形機械臂是一種連續型機器人，相比于傳統的剛性機器人，繩驅蛇形機械臂具有良好的環境適應能力，尤其在非結構化環境和狹小空間內可以靈活運動，目前被廣泛應用在醫療手術、災難救援、太空探測、狹小空間內維修組裝等領域。繩驅蛇形機械臂協調控制多條繩索長度調節關節角度，從而控制其工作空間位姿。運動學模型用于描述繩索運動、關節運動和笛卡爾空間運動的映射關系，是進行繩驅蛇形機械臂運動控制的基礎。

繩驅蛇形機械臂的自由度和驅動繩索數目眾多，關節零空間運動導致工作位姿對應多種關節運動，關節運動與繩索運動間為互相耦合的非線性映射，增大了其運動學建模和求解的難度。此外，繩-孔間隙導致實際繩索長度與名義繩索長度間存在差異，對蛇形機械臂的位姿標定和控制精度具有重要影響。

繩驅蛇形機械臂運動學：繩驅蛇形機械臂運動學包含兩部分：正運動學和逆運動學。其中，正運動學部分為由繩索運動狀態求解關節運動狀態和由關節空間運動狀態求解操作空間運動狀態；逆運動學的部分為由操作空間運動狀態求解關節空間運動狀態和由關節運動狀態求解繩索運動狀態。

現在已有一些求解繩驅蛇形機械臂的運動學的方法，但這些方法均未考慮由于繩孔間隙導致的運動學求解誤差，也沒有消除由于繩孔間隙對控制技術的影響，導致對繩驅蛇形機械臂的控制精度較差。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有技術中，含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂的運動中，對繩驅蛇形機械臂精準數據控制誤差大。

(2)現有技術中，對于含有測量擾動的過約束非線性方程組數值求解精度受終止條件影響較大。

(3)現有技術中，復雜繩驅機構沒有關于繩孔的建模與計算模型。

解決以上問題及缺陷的難度為：

(1)繩驅蛇形機械臂關節角度精度對于繩長數值敏感，繩索長度變化對關節角度和末端姿態定位精度的影響較大。

(2)終止條件設置誤差較大時，計算結果不準確，終止條件設置誤差較小時，易在極值點陷入求解“死循環”。

(3)繩孔模型建模與計算涉及繩索自身材料屬性、繩孔幾何屬性等多重因素，難以統籌考慮。

解決以上問題及缺陷的意義為：在沒有編碼器光電測量的條件下，可以將繩驅蛇形機械臂的關節角度定位精度提高一個數量級。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂運動數據處理方法。

本發明是這樣實現的，一種含繩孔間隙的繩驅蛇形機械臂運動數據處理方法，包括以下步驟：

步驟一、將蛇形機械臂上的繩孔和繩索分類；由實際繩索長度與理想繩長的關系定義間隙系數；

步驟二、利用切比雪夫多項式擬合間隙系數關于q_2i、q_2i-1的未知函數；