[發明專利]一種繩驅機械臂變剛度規劃方法及系統、計算機存儲介質

在審

• 申請號: 202211426538.X
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115648219A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 牟宗高;高玉明;張魯楊;劉力源;呂浩;董瑞春;李子軒;程祥
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種繩驅機械臂變剛度規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立繩驅機械臂的解析剛度模型；

選取繩驅機械臂的末端點和部分中間關節的交點作為被控制點，在被控制點附近自由設定對應的控制點；

計算被控制點與控制點之間的歐幾里得距離(歐式距離)，通過基于梯度投影法的全局優化使得歐式距離逼近于零，從而得到繩驅機械臂在空間的期望構型；

實時利用剛度模型計算當前構型的剛度并判斷剛度是否滿足作業需求，若判斷結果為否，通過調節繩索張力進一步優化剛度；

若調節繩索張力無法使判斷結果為是，則重新選取新的控制點重復上述過程，直至判斷結果為是，則所述繩驅機械臂變剛度規劃成功，從而實現變剛度規劃的目的。

2.根據權利要求1所述的繩驅機械臂變剛度規劃方法，其特征在于：

對于被控制點的選擇，充分利用繩驅機械臂自由度的冗余性，將每N個自由度之間的關節節點設定為繩驅機械臂的被控點；

對于控制點的選擇，在經典D-H(Denavit-Hartenberg)坐標系的YOZ平面設置一個半徑為R的控制圓，控制圓上的任意一點均可以被選擇為控制點。

3.根據權利要求1所述的繩驅機械臂變剛度規劃方法，其特征在于：

通過梯度投影法優化被控制點與控制點之間的歐幾里得距離，使其達到最小值；

判斷任意歐式距離是否為零，若判斷結果為是，判斷繩驅機械臂的構型與控制點設定的期望構型完全一致；

判斷任意歐式距離是否為零，若判斷結果為否，判斷當前構型為不影響末端位置和姿態的極限構型。

4.根據權利要求1至3任一項所述的繩驅機械臂變剛度規劃方法，其特征在于：

將期望構型和給定初始繩索張力帶入剛度模型計算當前構型的剛度并判斷剛度是否滿足作業需求，若判斷結果為是，判斷所述繩驅機械臂變剛度規劃成功，輸出對應構型與繩索張力；

若判斷結果為否，通過調節繩索張力進一步優化剛度，直至判斷結果為是，判斷所述繩驅機械臂變剛度規劃成功；

若調整繩索張力無法達到判斷結果為是，則重新選取新的控制點重復上述過程，直至判斷結果為是，判斷所述繩驅機械臂變剛度規劃成功。

5.根據權利要求1至4所述的繩驅機械臂變剛度規劃方法，其特征在于：

通過調整繩索張力實現所述繩驅機械臂的變剛度規劃處理，繩索張力等比例增大時，機械臂剛度增加，繩索張力等比例減小時，機械臂剛度減小；

通過調整變剛度規劃參數實現所述繩驅機械臂的變剛度規劃處理。

6.一種繩驅機械臂變剛度規劃系統，其特征在于，包括：

剛度需求檢測單元：用于實時檢測所述繩驅機械臂剛度，判斷剛度是否滿足作業需求，若判斷結果為否，則對所述繩驅機械臂進一步實施變剛度規劃處理；

位置檢測單元：用于檢測繩驅機械臂當前位置，以計算計算控制點和被控制點之間的歐幾里得距離；

位置判斷單元：用于判斷歐式距離是否大于對應誤差允許值，判斷控制點和被控制點之間的歐式距離是否為零；

變剛度規劃單元：用于對所述繩驅機械臂進行變剛度規劃處理；

輸入單元：用于輸入規劃完成的關節構型、繩驅機械臂關節角的角速度、繩索張力到繩驅機械臂，實現繩驅機械臂的運動；

規劃結果判斷單元：用于判斷所述繩驅機械臂經過變剛度規劃處理后剛度是否符合作業需求，若判斷結果為否，上述變剛度處理過程，直至判斷結果為是，判斷所述繩驅機械臂變剛度規劃成功。

7.一種計算機存儲介質，其特征在于，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執行時實現以下步驟：

建立繩驅機械臂的解析剛度模型；

選取繩驅機械臂的末端點和部分中間關節的交點作為被控制點，在被控制點附近自由設定對應的控制點；

計算被控制點與控制點之間的歐幾里得距離(歐式距離)，通過基于梯度投影法的全局優化使得歐式距離逼近零，從而得到繩驅機械臂在空間的期望構型；

實時利用剛度模型計算當前構型的剛度并判斷剛度是否滿足作業需求，若判斷結果為否，通過調節繩索張力進一步優化剛度；

若調節繩索張力無法使判斷結果為是，則重新選取新的控制點重復上述過程，直至判斷結果為是，判斷所述繩驅機械臂變剛度規劃成功。