本申请属于机器人控制技术领域，公开了一种飞行机器人控制方法、装置、电子设备及系统，通过控制飞行机器人飞行至参考悬停点，并启动机械臂进行抓取作业，以抓取空中物体；在抓取作业过程中，获取多旋翼飞行平台的第一运动学信息，并获取机械臂的第二运动学信息；根据第一运动学信息和第二运动学信息计算机械臂基座受到的扰动力和扰动力矩；根据扰动力和扰动力矩计算六自由度位姿补偿装置需付出的补偿力；控制六自由度位姿补偿装置输出补偿力以补偿机械臂基座的位姿扰动；从而可提高机械臂末端的位姿控制精度，实现对空中物体的可靠抓取。取。取。
【技术实现步骤摘要】
飞行机器人控制方法、装置、电子设备及系统
[0001]本申请涉及机器人控制
，具体而言，涉及一种飞行机器人控制方法、装置、电子设备及系统。
技术介绍
[0002]目前，飞行机器人一般是由多旋翼飞行平台和多关节机械臂和末端执行机构组成，具有结构紧凑、工作空间大、运动灵活等特点。飞行机器人在控制进行物体抓取的作业时，其作业流程可分为四个阶段：巡航飞行、目标接近、悬停作业和负载返航。
[0003]在悬停作业过程中，由于存在多种不确定性的影响因素，如多旋翼飞行平台本身动力学模型的高度非线性、时变性和不确定性、机械臂运动过程中存在惯性参数变化（如重心变化）、风场扰动等，会导致多旋翼飞行平台的位姿稳定性较差，使机械臂的基座位姿不稳定，进而降低机械臂末端位姿的控制精度，容易导致抓取作业失败。
技术实现思路
[0004]本申请的目的在于提供一种飞行机器人控制方法、装置、电子设备及系统，可提高机械臂末端的位姿控制精度。
[0005]第一方面，本申请提供了一种飞行机器人控制方法，用于控制飞行机器人进行空中物体抓取作业，所述飞行机器人包括多旋翼飞行平台、机械臂以及连接在所述多旋翼飞行平台和所述机械臂之间的六自由度位姿补偿装置，所述六自由度位姿补偿装置用于调节所述机械臂的机械臂基座的位姿；所述飞行机器人控制方法包括步骤：A1.控制所述飞行机器人飞行至参考悬停点，并启动所述机械臂进行抓取作业，以抓取所述空中物体；A2.在抓取作业过程中，获取所述多旋翼飞行平台的第一运动学信息，并获取所述机械臂的第二运动学信息；A3.根据所述第一运动学信息和所述第二运动学信息计算所述机械臂基座受到的扰动力和扰动力矩；A4.根据所述扰动力和所述扰动力矩计算所述六自由度位姿补偿装置需付出的补偿力；A5.控制所述六自由度位姿补偿装置输出所述补偿力以补偿所述机械臂基座的位姿扰动。
[0006]该飞行机器人控制方法，通过估算机械臂基座受到的扰动力和扰动力矩，进而计算对该扰动力和扰动力矩进行补偿时六自由度位姿补偿装置需付出的补偿力，然后控制六自由度位姿补偿装置对机械臂基座的位姿进行补偿，从而保证了机械臂基座的位姿稳定性，在此基础上控制机械臂进行抓取作业，可提高机械臂末端的位姿控制精度，实现对空中物体的可靠抓取。
[0007]优选地，步骤A1包括：
控制所述飞行机器人进行巡航飞行以搜索所述空中物体；在搜索到所述空中物体后，控制所述飞行机器人接近所述空中物体；在所述空中物体进入所述机械臂的作业范围内时，进入悬停作业状态，并启动所述机械臂进行抓取作业，以抓取所述空中物体。
[0008]通过进行分阶段飞行控制，可根据不同阶段的特点采用不同的导航方式进行导航，有利于提高抓取空中物体的效率和成功率；在空中物体进入所述机械臂的作业范围内时，进入悬停作业状态，从而开始进行位姿稳定控制的同时进行抓取作业，有利于提高机械臂能够成功抓取空中物体的可靠性。
[0009]优选地，步骤A3包括：根据所述第一运动学信息计算所述多旋翼飞行平台引起的第一扰动力和第一扰动力矩；根据所述第二运动学信息计算所述机械臂运动引起的第二扰动力和第二扰动力矩。
[0010]优选地，所述第一运动学信息包括所述多旋翼飞行平台的第一位姿加速度；所述第一位姿加速度包括所述多旋翼飞行平台三个轴向的平移加速度和三个轴向的角加速度；所述根据所述第一运动学信息计算所述多旋翼飞行平台引起的第一扰动力和第一扰动力矩的步骤包括：根据以下公式计算所述第一扰动力和所述第一扰动力矩：其中，为所述第一扰动力，为所述第一扰动力矩，为所述多旋翼飞行平台的质量，为所述多旋翼飞行平台的惯性张量，为所述多旋翼飞行平台的平移加速度，、、分别为所述多旋翼飞行平台的三个轴向的平移加速度，为所述多旋翼飞行平台的角加速度，、、分别为所述多旋翼飞行平台的三个轴向的角加速度。
[0011]优选地，所述第二运动学信息包括所述机械臂各关节的转动角度；所述根据所述第二运动学信息计算所述机械臂运动引起的第二扰动力和第二扰动力矩的步骤包括:根据所述机械臂各关节的转动角度计算所述机械臂各关节相对所述机械臂基座的质心位置向量；根据以下公式计算所述机械臂相对所述机械臂基座的总质心位置矢量：
其中，为所述机械臂的质量， 为所述机械臂基座的质量，为所述机械臂的第个关节的质量，为所述机械臂的第个关节相对所述机械臂基座的质心位置向量；为所述机械臂相对所述机械臂基座的总质心位置矢量；根据以下公式计算所述第二扰动力和所述第二扰动力矩：其中，为所述第二扰动力，为所述第二扰动力矩，为所述机械臂当前抓取到的物体的质量， 为重力加速度， 为机械臂当前抓取到的所述物体相对所述机械臂基座的质心位置向量。
[0012]优选地，所述六自由度位姿补偿装置包括与所述多旋翼飞行平台固定连接的固定台和六根连接在所述固定台和所述机械臂基座之间的伸缩连杆，所述伸缩连杆的两端分别通过万向铰链与所述固定台和所述机械臂基座连接；所述第二运动学信息包括所述机械臂基座的第二位姿加速度；步骤A4包括：获取各所述伸缩连杆的杆长；获取所述机械臂基座受到的广义重力；获取所述机械臂基座相对所述多旋翼飞行平台的相对角速度；根据所述第二位姿加速度、所述杆长、所述第一扰动力、所述第一扰动力矩、所述第二扰动力、所述第二扰动力矩、所述广义重力和所述相对角速度，采用基于Newton
‑
Euler方程的动力学模型，计算各伸缩连杆的驱动力。
[0013]通过该方式进行各伸缩连杆的驱动力的控制，可实现对机械臂基座位姿的动态补偿，从而有利于降低机械臂末端跟踪误差达到稳定作业的目的，能够有效提高空中机械臂的作业准确性、稳定性和环境适应性。
[0014]优选地，所述根据所述第二位姿加速度、所述杆长、所述第一扰动力、所述第一扰动力矩、所述第二扰动力、所述第二扰动力矩、所述广义重力和所述相对角速度，采用基于Newton
‑
Euler方程的动力学模型，计算各伸缩连杆的驱动力的步骤包括：根据各所述伸缩连杆的杆长计算各所述伸缩连杆的长度方向的方向矢量；根据以下公式计算雅可比矩阵：；其中，为所述雅可比矩阵，分别为第一个到第六个伸缩连杆的长度方向的方向矢量，分别为六个所述伸缩连杆与所述机械臂基座的铰接点相对所述
机械臂基座的位置矢量；根据以下公式计算各所述伸缩连杆的驱动力：；；其中，分别为第一个到第六个伸缩连杆的所述驱动力，为驱动力矩阵，为的逆矩阵， 为3
×
3阶的单位矩阵，为所述机械臂基座的惯性张量，为所述机械臂基座的所述第二位姿加速度，为所述机械臂基座受到的所述广义重力，为所述相对角速度。
[0015]第二方面，本申请提供了一种飞行机器人控制装置，用于控制飞行机器人进行空中物体抓取作业，所述飞行机器人包括多旋翼飞行平台、机械臂以及连接在所述多旋翼飞行平台和所述机械臂之间的六自由度位姿补偿装置，所述六自由度位姿补偿装置用于调节所述机械臂的机械臂基座的位姿；所述飞行机器人控制装置包括：第一执行模块，用于控制所述飞行机器人飞行本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种飞行机器人控制方法，用于控制飞行机器人进行空中物体抓取作业，其特征在于，所述飞行机器人包括多旋翼飞行平台、机械臂以及连接在所述多旋翼飞行平台和所述机械臂之间的六自由度位姿补偿装置，所述六自由度位姿补偿装置用于调节所述机械臂的机械臂基座的位姿；所述飞行机器人控制方法包括步骤：A1.控制所述飞行机器人飞行至参考悬停点，并启动所述机械臂进行抓取作业，以抓取所述空中物体；A2.在抓取作业过程中，获取所述多旋翼飞行平台的第一运动学信息，并获取所述机械臂的第二运动学信息；A3.根据所述第一运动学信息和所述第二运动学信息计算所述机械臂基座受到的扰动力和扰动力矩；A4.根据所述扰动力和所述扰动力矩计算所述六自由度位姿补偿装置需付出的补偿力；A5.控制所述六自由度位姿补偿装置输出所述补偿力以补偿所述机械臂基座的位姿扰动。2.根据权利要求1所述的飞行机器人控制方法，其特征在于，步骤A1包括：控制所述飞行机器人进行巡航飞行以搜索所述空中物体；在搜索到所述空中物体后，控制所述飞行机器人接近所述空中物体；在所述空中物体进入所述机械臂的作业范围内时，进入悬停作业状态，并启动所述机械臂进行抓取作业，以抓取所述空中物体。3.根据权利要求1所述的飞行机器人控制方法，其特征在于，步骤A3包括：根据所述第一运动学信息计算所述多旋翼飞行平台引起的第一扰动力和第一扰动力矩；根据所述第二运动学信息计算所述机械臂运动引起的第二扰动力和第二扰动力矩。4.根据权利要求3所述的飞行机器人控制方法，其特征在于，所述第一运动学信息包括所述多旋翼飞行平台的第一位姿加速度；所述第一位姿加速度包括所述多旋翼飞行平台三个轴向的平移加速度和三个轴向的角加速度；所述根据所述第一运动学信息计算所述多旋翼飞行平台引起的第一扰动力和第一扰动力矩的步骤包括：根据以下公式计算所述第一扰动力和所述第一扰动力矩：其中，为所述第一扰动力，为所述第一扰动力矩，为所述多旋翼飞行平台的质量，为所述多旋翼飞行平台的惯性张量，为所述多旋翼飞行平台的平移加速
度，、、分别为所述多旋翼飞行平台的三个轴向的平移加速度，为所述多旋翼飞行平台的角加速度，、、分别为所述多旋翼飞行平台的三个轴向的角加速度。5.根据权利要求3所述的飞行机器人控制方法，其特征在于，所述第二运动学信息包括所述机械臂各关节的转动角度；所述根据所述第二运动学信息计算所述机械臂运动引起的第二扰动力和第二扰动力矩的步骤包括:根据所述机械臂各关节的转动角度计算所述机械臂各关节相对所述机械臂基座的质心位置向量；根据以下公式计算所述机械臂相对所述机械臂基座的总质心位置矢量：其中，为所述机械臂的质量， 为所述机械臂基座的质量，为所述机械臂的第个关节的质量，为所述机械臂的第个关节相对所述机械臂基座的质心位置向量，为所述机械臂相对所述机械臂基座的总质心位置矢量；根据以下公式计算所述第二扰动力和所述第二扰动力矩：其中，为所述第二扰动力，为所述第二扰动力矩，为所述机械臂当前抓取到的物体的质量， 为重力加速度， 为机械臂当前抓取到的所述物体相对所述机械臂基座的质心位置向量。6.根据权利要求3所述的飞行机器人控制方法，其特征在于，所述六自由度位姿补偿装置包括与所述多旋翼飞行平台固定连接的固定台和六根连接在所述固定台和所述机械臂基座之间的伸缩连杆，所述伸缩连杆的两端分别通过万向铰链与所述固定台和所述机械臂基座连接；所述第二运动学信息包括所述机械臂基座的第二位姿加速度；步骤A4包括：获取各所述伸缩连杆的杆长；获取所述机械臂基座受到的广义重力；获取所述机械臂基座相对所述多旋翼飞行平台的相对角速度；根据所述第二位姿...
【专利技术属性】
技术研发人员：王豪，杨鹏，刘振，黄秀韦，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：
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