[发明专利]一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人集中-分布式控制方法

权利要求书

1.一种组合分离式旋翼与足式移动操作机器人集中-分布式控制方法，基于组合分离式旋翼与足式移动操作机器人；其特征在于：组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，与地面站间实时进行数据交互；且由地面站进行控制；组合分离式旋翼与足式移动操作机器人，采用多旋翼飞行操作机器人自适应控制器与多足移动操作机器人控制器；

多旋翼飞行操作机器人自适应控制器由三部分组成，分别是传统的多旋翼飞行操作机器人控制器、多旋翼飞行机器人的非线性模型和自适应控制环节；其中，传统的多旋翼飞行操作机器人控制器包括位置控制器和姿态控制器两部分，分别用于镇定多旋翼飞行操作机器人自适应控制器的位置和姿态；多旋翼飞行机器人的非线性模型用于实现对欠驱动多旋翼飞行操作机器人的镇定，从而实现了多旋翼飞行操作机器人控制器对于姿态和位置指令的跟踪；自适应控制环节包括惯性参数变化的自适应、外界扰动的自适应以及计算力矩控制；其中，惯性参数变化的自适应由两个环节组成；外界扰动的自适应为外界干扰因素；计算力矩控制环节主要用来生成电机驱动运动的转速和力矩；

多旋翼飞行操作机器人的非线性模型中，非线性运动方程描述在完整位形空间所构成的微分流形上，表示为：

其中，M_t(r)为多旋翼飞行操作机器人动力学模型中的质量矩阵，C_t为多旋翼飞行操作机器人动力学模型中的科氏力矩阵，G_t(r,R)为多旋翼飞行操作机器人动力学模型中的重力矩阵，u为多旋翼飞行操作机器人动力学模型中的输入向量，H为控制分配力矩，r为串联操作臂的关节位置，R为多旋翼飞行操作机器人机体坐标系相对于地面参考系的旋转矩阵，表示机器人的姿态，为多旋翼飞行操作机器人动力学模型中的速度；t为时间，表示参数为时变的，V为多旋翼飞行操作机器人本体的三维速度向量，表示旋翼飞行操作机器人中操作臂的三维速度向量；

将多旋翼飞行操作机器人动力学模型在位形空间的切空间上进行被动解耦得到多旋翼飞行操作机器人的运动方程：

其中，position指的是多旋翼飞行操作机器人的位置，attitude指的是多旋翼飞行操作机器人的姿态，二者分别表示整体的平移运动，本体的转动运动与关节运动；g为重力加速度，m为多旋翼飞行操作机器人的总质量，e₃沿机体系的z轴方向，μ为多旋翼飞行操作机器人角速度和关节速度组成的向量，代表由SO(3)×Rⁿ上左移动所诱导的切映射；SO(3)是由3×3矩阵组成的特殊正交群，表示无人机的旋转；R为实数集，表示无人机携带的操作臂的运动；×表示将这SO(3)与R所在空间组合为一个整体，即带操作臂的旋翼机器人σ＝(R,r)∈SO(3)×Rⁿ；ω为在机体系下的角速度矢量；为ζ解耦后矩阵的部分量，T表示多旋翼飞行操作机器人电机产生的总拉力，表示S_E的转置，S_E是一个欧氏旋转加移动群；

将多旋翼飞行操作机器人转动运动在SO(3)上进行描述，可以得到欧氏空间上表述的转动运动混杂模型运动方程：

其中，S_C为演化集，S_D为跳变集，ξ为指数坐标，J(ξ)表示ω和之间的映射的雅克比矩阵；

多足移动操作机器人控制器由三层组成，分别由上至下分为组织层，协调层和执行层；其中，组织层负责复杂的认知推理任务；执行层负责关节角的驱动；协调层负责协规划具体的实现方式；

基于上述多旋翼飞行操作机器人与多足移动操作机器人的控制方式，采用集中-分布式控制方法，实现组合分离式旋翼与足式移动操作机器人的控制；

集中-分布式控制方法分为两种控制模式，通信方式分别是集中式和分布式，分别是在多旋翼飞行操作机器人控制器的输入环节，以及多足移动操作机器人控制器组织层中运动规划任务环节加入高层的控制与规划环节；其中，分布式以搭载在旋翼机器人或者足式机器人上主控制器为中心，多旋翼飞行操作机器人控制器与移动机器人控制器呈现分布式排列；分布式通信模式利用局部信息，由遥控器向多旋翼飞行操作机器人控制器、多足移动操作机器人控制器及主控制器发出无线指令，实现人为干预和操作；由地面站向多旋翼飞行操作机器人控制器、多足移动操作机器人控制器及主控制器发出无线指令，实现自动控制，同时接受三者信号，以界面化的形式进行状态显示，检测三者的运行状态；主控制器和多旋翼飞行操作机器人控制器、主控制器和多足移动操作机器人控制器之间可以实现双向通信，多旋翼飞行操作机器人及多足移动操作机器人只接受遥控器、主控制器和地面站指令；集中式通信模式利用全局信息，在分布式通信架构的基础上，实现多足移动操作机器人和多旋翼飞行操作机器人之间的通信。