【技术实现步骤摘要】
一种气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法及系统
本专利技术涉及气囊型软体机械臂控制
，特别地，涉及一种气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法及系统。
技术介绍
气囊型软体机械臂由于具有高度的运动灵活性与良好的环境适应性，逐步向医疗、家庭服务以及人体运动辅助等领域拓展，并展现了其独特的优势。如图1和图2所示，现有公开的一种气囊型软体机械臂由三段细长的变截面充气结构串联组成，从固定支座到末端抓手位置，截面半径依次减小。每段变截面充气结构由三个周向均匀分布的波纹管并联组成，且并联的波纹管由一系列刚性框连接成为一个整体。软体机械臂的各波纹管采用单独的气压控制，通过改变并联波纹管组不同腔段的压强，进而实现软体机械臂结构的伸缩与弯曲变形。图1和图2中的软体机械臂共有9段波纹管通过串并联组成，相应地，共有9路独立的气压控制，通过控制不同的气压组合实现机械臂复杂的空间运动。因此，如何对气囊型软体机械臂进行快速、精准地控制对于其能否实现应用十分重要。现有已公开专利(CN201910878124.2)公开了一种平面气驱软体机械臂逆运动学...
【技术保护点】
1.一种气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，所述气囊型软体机械臂由p段充气结构串联而成，p≥1，每段充气结构由q段波纹管并联而成，q≥3，气囊型软体机械臂的气压输入数目为p*q，其特征在于，/n所述气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法包括以下步骤：/n步骤S1：设定目标位置并基于目标位置通过优化方法求解得到一组气压输入序列，根据该气压输入序列向气囊型软体机械臂中输入气压以驱使气囊型软体机械臂末端移动到目标位置附近；/n步骤S2：测量得到气囊型软体机械臂末端的当前位置；/n步骤S3：计算当前位置和目标位置之间的位置偏差，并将计算得到的位置偏差与预设的误差精度进行比较，若位置偏差...
【技术特征摘要】
1.一种气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，所述气囊型软体机械臂由p段充气结构串联而成，p≥1，每段充气结构由q段波纹管并联而成，q≥3，气囊型软体机械臂的气压输入数目为p*q，其特征在于，
所述气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法包括以下步骤：
步骤S1：设定目标位置并基于目标位置通过优化方法求解得到一组气压输入序列，根据该气压输入序列向气囊型软体机械臂中输入气压以驱使气囊型软体机械臂末端移动到目标位置附近；
步骤S2：测量得到气囊型软体机械臂末端的当前位置；
步骤S3：计算当前位置和目标位置之间的位置偏差，并将计算得到的位置偏差与预设的误差精度进行比较，若位置偏差小于等于预设的误差精度，则判定气囊型软体机械臂的末端误差在控制精度范围内，若位置偏差大于预设的误差精度，则采用比例反馈控制的方式对气压输入序列不断进行迭代优化直至位置偏差小于等于预设的误差精度。
2.如权利要求1所述的气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，其特征在于，
所述步骤S1中基于目标位置通过优化方法求解得到一组气压输入序列的过程具体包括以下内容：
设计变量为气囊型软体机械臂各个腔体的气压，约束条件为各个腔体的压强值不超过上限值，优化的目标函数为使得气囊型软体机械臂末端与目标位置之间的偏差最小化；
进行目标函数优化求解得到一组气压输入序列，其中目标函数优化求解过程如下：
其中，r为目标位置，r(p)表示气囊型软体机械臂末端位置关于输入气压的运动学模型，该运动学模型通过有限元模型得到或者通过解析得到。
3.如权利要求2所述的气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，其特征在于，
所述步骤S1中的运动学模型通过以下解析方法得到：
将气囊型软体机械臂的每段波纹管用欧拉梁建模，气压对波纹管的作用力用施加在波纹管两端的集中力等效，建立输入气压与气囊型软体机械臂变形之间的解析关系。
4.如权利要求3所述的气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，其特征在于，
对于由若干段充气结构串联、每段充气结构由3段波纹管并联组成的气囊型软体机械臂，选取软体机械臂的固定端作为坐标原点，其第h段的末端位置相对于第h-1段的末端位置的表达式为：
其中，I3×3为三阶单位矩阵，s为第h段波纹管串联的单元数目，H(i-1)i与t表示为
其中，k为每段波纹管的轴向刚度，L0为每段波纹管的初始长度，S为波纹管的横截面积，三个波纹管气腔的输入气压分别记为p1、p2、p3，其它四个参量M、Wi、α、θi通过以下公式求解得到：
其中，I为每段波纹管的惯性矩，ai为第i节软体机械臂的横截面边长。
5.如权利要求1所述的气囊型软体机械臂的闭环运动控制方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：付康佳，刘红卫，张翔，黄奕勇，韩伟，李九人，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。