[发明专利]多轮臂机器人操作目标消旋的多接触点力分配方法和系统

权利要求书

1.一种多轮臂机器人操作目标消旋的多接触点力分配方法，其特征在于，包括：

通过协同调整多轮臂机器人的三条机械臂的构型，实现对目标的包络，并通过各机械臂末端的全向可控阻尼轮与目标表面接触；

在被动跟随模式下，动态规划各机械臂臂力，控制各全向可控阻尼轮跟随目标旋转，实现多轮臂机器人与目标的安全柔顺接触；

在主动消旋模式下，动态规划各机械臂臂力和各全向可控阻尼轮的摩擦力矩，全向可控阻尼轮施加摩擦力，释放目标角动量，实现对目标的消旋。

2.根据权利要求1所述的多轮臂机器人操作目标消旋的多接触点力分配方法，其特征在于，多轮臂机器人，包括：基座、三条机械臂和三个全向可控阻尼轮；其中，三条机械臂安装在基座上，各条机械臂末端分别搭载有一个全向可控阻尼轮；机械臂为K自由度机械臂，包括：1个机械臂基座、K个连杆、K-1个旋转关节；其中，机械臂通过机械臂基座安装在基座上，K个连杆通过K-1个旋转关节依次连接；当前连杆的上序铰链为：上一个旋转关节到当前连杆质心的位置矢量；当前连杆的下序铰链为：当前连杆质心到下一个旋转关节位置矢量。

3.根据权利要求2所述的多轮臂机器人操作目标消旋的多接触点力分配方法，其特征在于，在被动跟随模式下，通过如下方式对各机械臂臂力进行动态规划：

确定广义合力F_E的全身阻抗控制率：

其中，Λ_R和η_R分别表示系统惯性矩阵和速度独立项，M_R、B_R和K_R分别表示系统刚度矩阵、阻尼矩阵和惯量矩阵，x_R表示系统的实际质心位置，Δx_R表示系统的期望质心位置与实际质心位置之差；

根据广义合力F_E和抓捕矩阵W，解算得到第一机械臂末端支撑力F_E1、第二机械臂末端支撑力F_E2和第三机械臂末端支撑力F_E3：

[F_E1 F_E2 F_E3]＝W⁺F_E〃·〃(2)

其中，W⁺为W的伪逆解；

依次确定F_E1的法向分量F_E1⊥、F_E2的法向分量F_E2⊥和F_E3的法向分量F_E3⊥；

根据确定的F_E1⊥、F_E2⊥和F_E3⊥，结合如下式(3)，解算得到第一机械臂的旋转关节空间变量q₁、第二机械臂的旋转关节空间变量q₂和第三机械臂的旋转关节空间变量q₃：

其中，H_b表示基座的惯量矩阵，表示第i条机械臂的惯量矩阵，H_bqi表示H_b与的耦合矩阵，C_qi表示第i条机械臂的非线性速度独立项，C_b表示基座的非线性速度独立项，τ_qi表示第i条机械臂的旋转关节扭矩，J^*表示广义雅克比矩阵，i＝1,2,3；

根据解算得到的q₁、q₂和q₃，对各机械臂臂力进行动态规划。