[发明专利]一种基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法

权利要求书

1.一种基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，包括：

步骤一、建立所述五自由度机械手的柔性机械臂的二阶柔性模型；

步骤二、通过微分变换法进行柔性梁弹性变形描述，建立所述柔性机械臂的动态方程后，确定所述柔性机械臂系统的动能和势能；

步骤三、根据所述柔性机械臂系统动能和势能确定柔性机械臂系统的动力学表达式；

步骤四、根据所述动力学表达式建立理论输出转矩和实际输出转矩关系，进而通过输入理论输出转矩对所述五自由度机械手进行控制。

2.如权利要求1所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述二阶柔性杆模型包括：

两个柔性梁；以及

质量中心刚体，其用于将所述两个柔性梁相连接。

3.如权利要求1所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述柔性梁弹性变形描述包括：

柔性梁上的任意一点沿局部坐标系的全局位置向量r_i为

连续的柔性位移可以被视为离散的有限序列为

式中，v为变形时柔性位移，x为柔性梁未变形的方向长度，θ_i为中心刚体绕原点旋转角度，φ_i(x)为模态函数，q_i(t)为模态坐标。

4.如权利要求3所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述柔性机械臂的动态方程为

式中，ρ为柔性梁线密度，l为长度，EI为刚度。

5.如权利要求4所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述柔性机械臂系统的动能为

6.如权利要求5所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述柔性机械臂系统的势能为

7.如权利要求1所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，通过如下确定所述柔性机械臂系统的动力学表达式：

式中，τ_iδθ_i为输入力矩所做的虚元功。

8.如权利要求1所述的基于刚柔耦合动力学的五自由度机械手的控制方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述理论输出转矩和实际输出转矩关系为

式中，τ_g为理论输出转矩，τ为实际输出转矩，θ为转角，Δθ为柔性转角，l_g为柔性转矩使柔性机械臂弯曲缩短后的虚构刚性梁长度。