[发明专利]一种用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法

权利要求书

1.一种用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1,定义多个坐标系，包括：定义系为以机器人底座为原点的世界坐标系，系以操作物体质心为原点的物体坐标系，系和系分别放置在物体左右手柄的力/扭矩传感器处，有以下相对于坐标系的广义位姿：

；其中，为n自由度机械臂关节角度向量；X0(q),x1(q),x2(q)，分别是系{0}、系(1)、系{2}相对于系{w}的广义位姿；

步骤S2，定义目标阻抗模型，在人应该能够自由地物理移动机器人的情况下，目标阻抗模型不包括刚度项，故基于系给出所述目标阻抗模型的公式如下：

；其中，为目标惯性矩阵，为目标阻尼矩阵，、分别为系的广义运动速度和广义运动加速度；为系的力旋量，

对设置下限，鉴于此限制，给出了目标惯性矩阵的选择：

；其中，是实际操作对象惯性的恒定部分， 为操作对象的质量，为在系下的恒定对角惯性张量；o3是三阶0阵，3x3的矩阵，元素都是0；I3是三阶单位阵，3X3的矩阵，对角元素都是1，其余为0；

步骤S3，设计并计算目标惯性矩阵和阻尼矩阵， ；

其中，R是实数集，λ是影响阻尼值对功率变化敏感度的可调参数；分别为最小阻尼值和最大阻尼值的恒定对角矩阵，为影响阻尼值对功率变化敏感度的可调参数，为从人传递到机器人的功率，定义如下：

 ；

步骤S4，根据目标惯性矩阵和阻尼矩阵，计算针对大惯量物体的变导纳控制律。

2.如权利要求1所述的用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，广义姿态包括位置向量和方向矩阵，其中；pi是一个位置向量，也就是相对于参考坐标系原点的x、y、z方向上的位移，是一个3x1的矩阵；方向矩阵是一个旋转矩阵，相对于参考坐标系的旋转方向，是一个3x3的矩阵。

3.如权利要求1所述的用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，

系的广义运动速度可定义为：

其中，分别为系运动的线速度和角速度 。

4.如权利要求1所述的用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，

系的广义运动速度和机器人关节速度之间的映射由下式给出：

其中，为坐标系的雅克比矩阵。

5.如权利要求1所述的用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，

其中，和分别为操作对象上左右两个力传感器，基于各自坐标系所测得的力旋量，矩阵定义如下：

其中， 表示反对称矩阵映射；S(p)是向量p=(p1,p2,p3)所对应的3X3的反对称矩阵，S(p)=(0,-p3,p2;p3,0,-p1;-p2,p1,0)。

6.如权利要求1所述的用于操作大惯性物体的机器人变导纳控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述计算针对大惯量物体的变导纳控制律，包括：

将和代入到，得到变导纳控制率。