【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人运动和控制，具体涉及绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法及系统。
技术介绍
1、随着人类探索脚步的延伸，如何应对机器人作业任务多样化、作业环境复杂化的挑战，成为了如今科技研发与工业应用的难题。与传统刚性机器人相比，柔性机器人通常采用弯曲性强、抗弯折度高的柔性材料，在物理结构上更加灵活多变，具有无穷多自由度与无穷多关节，拥有在各种非结构化环境中作业的能力。其中绳驱柔性机械臂在工业生产、航空航天、水下作业、微创手术等多个领域均具有广阔的应用前景，成为业界学者的重点研究课题。伴随着机器人应用领域的拓宽，基于传统刚性连杆的刚性机器人正在不断演化为基于连续弯曲结构的连续型机器人，根据各类机器人不同的结构特征将机器人分为了三大类：离散型机器人、蜿蜒型机器人和连续型机器人。
2、绳索驱动机械臂作为连续型机器人中独具特点的分支，其发展历程建立在连续型机器人之上，并逐渐演化出多种适应不同环境、不同任务的结构。采用绳线驱动方式的机械臂可以大大降低其机械臂本体部分的重量和惯性，进而降低机械臂运动的能耗，使机械臂运动更加柔顺与灵活。其一般性结构包括牵引绳线、连接节盘以及支撑柱体等，常使用分段形式连接。其驱动绳线沿机械臂轴线方向对称布置，基座位于机械臂底部，通过操纵线缆拉伸来驱动机械臂进行操作。随着绳索系统研究的深入，绳驱机械臂的结构进一步演化，从整体上可概括为三类：纯柔性分段驱动式、刚柔混合分段驱动式和离散式刚性全驱动式。绳索驱动机器人结构设计种类繁多，不断有新的结构形式出现，可归纳总结为三种类型：线绳驱动柔性机
3、受大象躯干和章鱼触手自然能力的启发，探索了连续体机械臂在人机交互、多臂操作和未知环境等领域具有潜在价值，由于绳索受力不均匀性，绳索的形变对机械臂的柔顺性误差的影响是显著的。绳驱动并联机器人在实现业务操作时，因绳索布置复杂,易与其他结构发生干涉，其中绳索部件的长度强烈限制了连续机械手的配置或关节空间，引入了传统运动学模型中未反映的耦合，对制动器限制的影响进行了新的分析。对于冗余约束并联机构，它的独立驱动器数目大于末端执行器的自由度数目，导致了绳索张力与末端执行器之间的动力学模型呈非线性约束类型，绳索张力分配问题为不确定多解问题。然而，在实际冗余约束绳驱并联机器人的运动控制中，需要求解每根绳索的唯一实时张力值，从而保证并联机器人的实时张力控制和安全运行。绳驱机械臂主要通过绳索实现驱动，因绳索驱动过程中存在非正常伸缩以及与接触部位的摩擦阻力等难以准确反映绳索驱动的实际的特性，这导致柔性机械臂在执行任务的过程中，时常难以准确地到达预期给定的位置，同时绳驱机械臂由弹性杆件支撑机械臂主体，各节通过驱动绳线相连接，驱动箱电机通过带动绳线弯曲实现机械臂动作。纵观绳驱柔性机械臂的发展，多种结构与其设计各有特点，面向场景也不尽相同。根据实际任务的需求，对机械臂体积、结构、精度等多方面进行考量以采用合适的设计，各结构均具备其独特的应用优势，但是诸如上述绳索系统带来的摩擦阻力、强动态耦合、绳索变形、参数摄动、刚度大小和张力分步等均可以给绳驱机械臂系统带来运动迟滞、高频振动和动态死区问题。
4、综上，现有技术的电路、齿轮以及机械臂系统，存在摩擦、死区、间隙以及迟滞等非线性特性导致的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术的电路、齿轮以及机械臂系统，存在摩擦、死区、间隙以及迟滞等非线性特性导致的技术问题。
2、本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法包括：
3、s1、获取并利用电机的电流i输入的正负方向，辨识得到非线性死区-迟滞模型；
4、s2、定义绳驱机械臂的死区迟滞环节的控制输入与死区迟滞扰动项的关系：
5、s3、根据非线性死区-迟滞模型，以及死区迟滞环节的控制输入与死区迟滞扰动项的关系，推导得到系统模型；
6、s4、考虑集总干扰非线性项的干扰，优化系统模型，得到带有死区-迟滞集总干扰的绳驱空间机械臂系统动力学模型；
7、s5、对带有死区-迟滞集总干扰的绳驱空间机械臂系统动力学模型，基于快速非奇异终端滑模控制方法，设计自适应补偿控制律。
8、本专利技术在有限时间内，通过自适应高精度的控制方法实现机械臂高性能伺服控制，针对摩擦、参数摄动、弹性形变和绞盘打滑等外部不确定干扰带来的死区-迟滞特性，在拉格朗日定理和虚功原理基础上创建绳驱机械臂集总干扰项的动力学模型，为高性能伺服控制器的设计提供了基础。
9、在更具体的技术方案中，步骤s1中，利用下述逻辑，表达非线性死区-迟滞模型：
10、
11、式中，第3个方程3、第7个方程表示死区空间模型，第一个方程、第五个方程表示迟滞空间模型，w＞0是斜率，i1、i5表示迟滞现象的控制输入值，i3、i7表示死区现象的控制输入值，i2、i4、i6、i8表示死区迟本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用下述逻辑，表达所述非线性死区-迟滞模型：
3.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用下述逻辑，定义所述死区迟滞环节的控制输入与死区迟滞扰动项的关系：
4.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
5.根据权利要求4所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S33中，利用下述逻辑，推导得到系统模型：
6.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
7.根据权利要求6所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S43中，利用下述逻辑，推导得到所述等效控制项：
8.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区
9.根据权利要求8所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤S53中，利用下述逻辑，表达所述自适应参数：
10.绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤s1中，利用下述逻辑，表达所述非线性死区-迟滞模型：
3.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤s2中，利用下述逻辑，定义所述死区迟滞环节的控制输入与死区迟滞扰动项的关系：
4.根据权利要求1所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.根据权利要求4所述的绳驱机械臂解决死区-迟滞问题的建模和测试方法，其特征在于，所述步骤s33中，利用下...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，刘厚德，孟得山，徐河振，张智豪，向润辉，
申请(专利权)人：江淮前沿技术协同创新中心，
类型：发明
国别省市：
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