[發明專利]作業飛行機器人動態滑翔抓取與力位混合控制方法

有效

• 申請號: 202110819205.2
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113467501B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 陳彥杰;吳楊寧;張振國;何炳蔚;計書勤;王浻淏;吳凝
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳鼎桂;蔡學俊

本發明涉及一種作業飛行機器人動態滑翔抓取與力位混合控制方法，包括以下步驟：步驟S1：考慮重心偏移以及抓取過程中受力和力矩，構建搭載機械臂的四旋翼無人機系統模型和二自由度機械手模型；步驟S2：計算機械手末端受到的瞬時接觸力和抓取力；步驟S3：構建參數估計器，并進行參數估計；步驟S4：根據估計參數，進行飛行平臺位置控制，在建模誤差存在的情況下進行神經網絡滑模自適應控制，并解算出通過升力、翻滾力矩、俯仰力矩、偏航力矩；步驟S5：針對所抓取的力分析進行二自由度機械臂力控制，并解算出控制力矩；步驟S6：通過升力、翻滾力矩、俯仰力矩、偏航力矩解算出四個旋翼的轉速；步驟S7：通過解算得到的數據，控制無人機。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，涉及一種作業飛行機器人動態滑翔抓取與力位混合控制方法。

背景技術

無人機實現無人駕駛的方式從遙控駕駛，到機載計算機自主控制。無人機已經是成熟的飛行平臺，可以在飛行平臺上搭載不同組件擴展飛行平臺在不同領域的應用。比如，航拍勘測、農藥噴灑、目標跟蹤等領域都有無人機應用的潛能。其中，這些應用不乏需要在無人機平臺上搭載機械臂，將二者結合起來就是作業型飛行機器人，如此高端的設備可使工業獲得很大的便利。隨著研究員對這塊領域的深入，已經有學者實現了無人機搭載機械臂在實際中的應用。具有7自由度機械臂的作業型飛行機器人,能夠靈活完成抓取和裝配作業；在作業型飛行機器人系統上增加了視覺伺服控制,可以完成自主的抓取任務；使用作業型飛行機器人的機械臂末端和物體接觸,以代替力傳感器完成接觸力測量工作；采用并聯作業型飛行機器人系統,可以更好的仿生工作。

上述的這些應用都有一個飛行抓取的動作。而想要憑借指令飛行抓取，就還有一些技術難點需要攻克。關于抓取方式，是控制工程首要解決的問題。仿生物體滑翔抓取物體毫無疑問是當今研究的熱點之一，由于滑翔抓取物體會產生較大的沖擊力，對飛行平臺會產生較大的影響，若飛行速度過快或者所抓取物體過重，會使飛行平臺偏離規劃好的位置甚至失控。

對于作業型飛行機器人抓取物體的問題，已經有很多學者做出了控制方法。例如使用作業型飛行機器人的機械臂末端和物體接觸,以代替力傳感器完成接觸力測量工作；分別建立飛行平臺和機械臂動力學模型，使用H_∞控制方法對所抓取物體進行控制。上述控制方法大多只能抓取質量較小物體，對抓取較大的物體會產生較大的誤差甚至導致失控。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種作業飛行機器人動態滑翔抓取與力位混合控制方法，能夠有效提高無人機的抓取控制精度。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種作業飛行機器人動態滑翔抓取與力位混合控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：考慮重心偏移以及抓取過程中受力和力矩，構建搭載機械臂的四旋翼無人機系統模型和二自由度機械手模型；

步驟S2：通過對機械手與物體瞬時接觸力和抓取力的分析，計算機械手末端受到的瞬時接觸力f_m和抓取力f₁,f₂；

步驟S3：構建參數估計器，并對飛行平臺的質量m以及慣性張量I_x,I_y,I_z進行估計；

步驟S4：根據步驟S3得到的估計參數，進行飛行平臺位置控制，在建模誤差存在的情況下進行神經網絡滑模自適應控制，并解算出通過升力u₁、翻滾力矩u₂、俯仰力矩u₃、偏航力矩u₄；

步驟S5：針對所抓取的力分析進行二自由度機械臂力控制，并解算出控制力矩τ₁,τ₂；