[发明专利]无外部传感器的绳驱柔性机械臂的末端力感知方法及装置

权利要求书

1.一种无外部传感器的绳驱柔性机械臂的末端力感知方法，所述的机械臂包括驱动箱和串联的多段的臂杆组件，所述的驱动箱包括多个电机和传动机构，所述的机械臂的末端设置在末段臂杆组件的臂杆上，每个臂杆组件包括中心块和臂杆，每个臂杆组件中的臂杆与中心块通过轴承连接，并且每个臂杆组件中的臂杆通过各自的驱动绳索连接至所述的驱动箱的传动机构，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、采集绳驱柔性机械臂的当前关节角度值，基于电机旋转位置和传动机构到驱动绳索运动长度的转换关系，实时采集每个电机的驱动反馈电流，建立与该电机关联的驱动绳索的拉力计算，并且建立机械臂的杆件坐标系；

B、基于末段的臂杆与中心块的动力学平衡方程与力矩平衡方程，计算初始末端作用力F_ex1；

C、基于倒数两段臂杆的动力学平衡方程与力矩平衡方程，计算倒数两段臂杆所关联的末端作用力F_ex2；

D、以迭代的方式，基于倒数n段臂杆的动力学平衡方程与力矩平衡方程，计算倒数n段臂杆所关联的末端作用力F_exn，其中n2；

E、如果前后两次计算的末端作用力的误差低于阈值或者迭代数等于臂杆组件的段数，则停止迭代并输出当前计算的末端作用力作为末端感知力，否则返回步骤C。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的传动机构为滚丝杠机构，所述步骤A包括：

根据滚丝杠机构输入力矩与输出拉力的关系，计算与滚丝杠机构连接的驱动绳索的输出拉力：

其中，L为丝杠导程，η为传动效率系数，i_m为电机工作电流，K_m为转换常数，与电机自身性能相关；

根据绳驱柔性机械臂的运动学模型，利用DH参数实时建立绳驱柔性机械臂的杆件坐标系，计算所述绳驱柔性机械臂在运动过程中各个臂杆组件中的运动臂杆与中心块相对于中心块坐标系的角速度、角加速度以及惯性张量阵；

建立绳索通过臂杆组件中一个绳孔后的相邻两段的张力关系方程：

T₂＝μ(θ_c，sgn(v_c))T₁+F_v(θ_c)v_c

其中，T₁是过绳孔前的绳索张力，T₂是过绳孔后的绳索张力，v_c是过绳孔时绳索的速度，θ_c是绳索过绳孔时相邻两段的夹角，μ和F_v分别为库伦摩擦系数与粘滞摩擦系数；

根据驱动绳索通过臂杆组件中的绳孔的张力关系，采集驱动箱内每根驱动绳索的实际拉力值，以计算每个臂杆受到的绳索张力。