[发明专利]一种携带冗余度机械臂的飞行机器人控制系统设计方法

权利要求书

1.一种携带冗余度机械臂的飞行机器人控制系统设计方法，是针对六旋翼飞行器自适应稳定飞行控制器和冗余度机械臂控制器两方面的设计,其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、根据飞行机器人上所搭载的姿态传感器以及相应的高度与位置传感器所获取到的飞行机器人自身的飞行实时运行数据，对携带冗余度机械臂的飞行机器人进行动力学建模；

S2、根据步骤S1建立的飞行机器人动力学方程，设计水平位置控制器、高度控制器、以及姿态控制器，从系统最低阶次微分方程开始引入虚拟控制量，采用基于李雅普诺夫稳定性原理的后推方法，设计满足系统稳定要求和误差收敛要求的虚拟控制，从而确定各个控制器的虚拟控制量；

S3、根据步骤S2获得的各个控制器的控制量，并通过选取相应的李雅普诺夫函数，求解扰动自适应率，然后对飞行机器人质量进行在线估计，采用基于李雅普诺夫稳定性原理的后推方法，确定质量自适应率，即完成飞行机器人自适应稳定飞行控制器的设计；

S4、根据冗余度机械臂控制器的设计需求，设计冗余度机械臂运动规划控制器，具体包括机械臂运动规划方案设计和二次规划设计，通过冗余度机械臂逆运动学实现冗余度机械臂的运动规划方案设计，再根据不同的设计目的和指标要求，将冗余度机械臂逆运动学问题转换为受约束的时变凸二次规划问题，并将求解结果作为机械臂的关节角状态，控制飞行机器人完成相应的控制任务。

2.根据权利要求1所述的携带冗余度机械臂的飞行机器人控制系统设计方法，其特征在于，步骤S1中，对携带冗余度机械臂的飞行机器人进行动力学建模，所述飞行机器人采用六旋翼飞行器，其动力学方程如下：

且

其中为对应x_i的导数，x₁、x₃、x₅分别表示飞行机器人在世界坐标系中的位置分量即坐标x、y、z；x₂、x₄、x₆分别为飞行机器人在世界坐标系中的速度分量即坐标v_x、v_y、v_z；x₇、x₉、x₁₁分别表示横滚角φ、俯仰角θ、以及偏航角ψ；x₈、x₁₀、x₁₂分别为横滚角角速度俯仰角角速度以及偏航角角速度m为飞行机器人的质量；g表示重力加速度；D_x、D_y、D_z分别表示X、Y、Z轴系的扰动；U₁表示高度控制器的控制量，U₂、U₃、U₄分别表示姿态控制器的横滚角φ、俯仰角θ、以及偏航角ψ的控制量；其中I_x、I_y、I_z分别为飞行机器人在X轴、Y轴、Z轴的转动惯量，标量b表示六旋翼飞行器机臂臂长；u_x，u_y分别表示位置控制器的X轴和Y轴的二阶虚拟控制量。