[發明專利]多輪臂機器人操作目標消旋的多接觸點力分配方法和系統

在審

• 申請號: 202210316285.4
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114670197A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 郭美杉;陳志鴻;段嘉琪;王燕波;梁斌焱;林俊欽
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00;B25J9/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

1.一種多輪臂機器人操作目標消旋的多接觸點力分配方法，其特征在于，包括：

通過協同調整多輪臂機器人的三條機械臂的構型，實現對目標的包絡，并通過各機械臂末端的全向可控阻尼輪與目標表面接觸；

在被動跟隨模式下，動態規劃各機械臂臂力，控制各全向可控阻尼輪跟隨目標旋轉，實現多輪臂機器人與目標的安全柔順接觸；

在主動消旋模式下，動態規劃各機械臂臂力和各全向可控阻尼輪的摩擦力矩，全向可控阻尼輪施加摩擦力，釋放目標角動量，實現對目標的消旋。

2.根據權利要求1所述的多輪臂機器人操作目標消旋的多接觸點力分配方法，其特征在于，多輪臂機器人，包括：基座、三條機械臂和三個全向可控阻尼輪；其中，三條機械臂安裝在基座上，各條機械臂末端分別搭載有一個全向可控阻尼輪；機械臂為K自由度機械臂，包括：1個機械臂基座、K個連桿、K-1個旋轉關節；其中，機械臂通過機械臂基座安裝在基座上，K個連桿通過K-1個旋轉關節依次連接；當前連桿的上序鉸鏈為：上一個旋轉關節到當前連桿質心的位置矢量；當前連桿的下序鉸鏈為：當前連桿質心到下一個旋轉關節位置矢量。

3.根據權利要求2所述的多輪臂機器人操作目標消旋的多接觸點力分配方法，其特征在于，在被動跟隨模式下，通過如下方式對各機械臂臂力進行動態規劃：

確定廣義合力F_E的全身阻抗控制率：

其中，Λ_R和η_R分別表示系統慣性矩陣和速度獨立項，M_R、B_R和K_R分別表示系統剛度矩陣、阻尼矩陣和慣量矩陣，x_R表示系統的實際質心位置，Δx_R表示系統的期望質心位置與實際質心位置之差；

根據廣義合力F_E和抓捕矩陣W，解算得到第一機械臂末端支撐力F_E1、第二機械臂末端支撐力F_E2和第三機械臂末端支撐力F_E3：

[F_E1 F_E2 F_E3]＝W⁺F_E〃·〃(2)

其中，W⁺為W的偽逆解；

依次確定F_E1的法向分量F_E1⊥、F_E2的法向分量F_E2⊥和F_E3的法向分量F_E3⊥；

根據確定的F_E1⊥、F_E2⊥和F_E3⊥，結合如下式(3)，解算得到第一機械臂的旋轉關節空間變量q₁、第二機械臂的旋轉關節空間變量q₂和第三機械臂的旋轉關節空間變量q₃：

其中，H_b表示基座的慣量矩陣，表示第i條機械臂的慣量矩陣，H_bqi表示H_b與的耦合矩陣，C_qi表示第i條機械臂的非線性速度獨立項，C_b表示基座的非線性速度獨立項，τ_qi表示第i條機械臂的旋轉關節扭矩，J^*表示廣義雅克比矩陣，i＝1,2,3；

根據解算得到的q₁、q₂和q₃，對各機械臂臂力進行動態規劃。