[发明专利]一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法

说明书

本发明提供一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法，属于机器人控制技术领域。本发明首先在绳驱超冗余自由度机器人的绳驱串并联机构上建立坐标系；定义绳段矢量并由绳段矢量求得绳索力作用在绳索导向板上的力；然后利用绳索力作用在绳索导向板上的力得到绳索力的等效旋量；通过绳索力与等效力矩之间映射关系得到雅可比矩阵；再结合转动自由度的角速度与雅可比矩阵得到绳长变化速率，最后将得到的绳长变化速率进行积分得到绳索长度的变化。本发明解决了现有绳驱超冗余自由度机器人的控制技术误差较大的问题。本发明可用于绳驱超冗余自由度机器人的控制技术。

技术领域

本发明涉及一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法，属于机器人控制技术领域。

背景技术

绳驱超冗余自由度机器人：

绳驱超冗余自由度机器人是使用绳索作为传动介质的串并联机构。此类机器人由密集的运动关节串联而成，并使用绳索并联驱动，自由度数目众多，运动灵活，在狭窄受限的环境中具有极强的运动能力。由于绳索只能承受单向力，对机构只能起到单方向约束能力，因此绳索数目一般大于自由度数目。不同于传统机器人的关节运动控制方式，此类机器人需要对绳索长度和速度进行控制。而对此进行控制的前提是求得完成期望运动时，绳索需要满足运动状态(绳长和绳速)。此处所述的超冗余自由度机器人为由两自由度万向节串联而成的机器人。

绳驱机器人逆运动学：

绳驱机器人逆运动学包含两部分：由操作空间运动状态(末端运动)求解关节空间运动状态和由关节运动状态求解绳索运动状态。其中，由操作空间运动状态求解关节空间运动状态的方法与传统冗余机器人的逆运动学求解方法相同，即通过速度空间的雅可比矩阵映射求解或通过正运动学方程求数值解。

而由关节运动状态求解绳索运动状态的部分，传统的求解方法为绳索多段累积方法，建立单关节处的绳索长度与关节角度的映射关系，利用数值方法求解，然后对所有绳段进行叠加，求得绳索的长度，该方法的优点是建模简单，但求解复杂。其中涉及到求解非线性方程组，存在多解现象，以及多段叠加过程中的误差累积。

发明内容

本发明为解决现有绳驱超冗余自由度机器人的控制技术误差较大的问题，提供了一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法。

本发明所述一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、在绳驱超冗余自由度机器人的绳驱串并联机构上建立坐标系；定义绳段矢量并由绳段矢量求得绳索力作用在绳索导向板上的力；

步骤二、利用绳索力作用在绳索导向板上的力得到绳索力的等效旋量；

步骤三、通过绳索力与关节等效力矩之间映射关系得到雅可比矩阵；

步骤四、结合转动自由度的角速度与雅可比矩阵得到绳长变化速率；

步骤五、将步骤四中得到的绳长变化速率进行积分得到绳索长度的变化。

本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：

本发明所涉及的一种绳驱超冗余自由度机器人的绳索长度变化确定方法，从速度空间进行逆运动学求解，求得绳索长度与转动自由度(关节)速度对应的雅可比矩阵，进而积分得到绳索长度的变化量，进而可以对所述绳驱超冗余自由度机器人进行控制。本发明方法运算简单，求得的绳索长度的变化值唯一并且误差很小，因此也能够使得绳驱超冗余自由度机器人的控制精度提高，相比传统方法，本发明方法能够有效提高绳驱超冗余自由度机器人的控制精度约20％。

附图说明

图1为绳驱超冗余自由度机器人的绳驱串并联机构结构示意图；

图2为绳驱超冗余自由度机器人的绳驱串并联机构建立的各坐标系示意图；