【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液压机械臂领域，尤其涉及一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法。
技术介绍
1、随着机器人技术的迅速发展，增加了各行各业的生产效率，而机器人的出现，使得在一些人类无法亲身触及的危险环境或者存在未知因素的环境下的操作成为可能，如核工业背景下的核废料处理、航空航天背景下的空间站维护、深海探测采样、灾后救援等，但由于现有的机器人系统的误差因素，容易导致控制器期望的结果与实际的操作之间存在较大的差距，并且在恶劣环境下对于机器人遥操作的操作空间较窄。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的不足，提供如下技术方案：
2、一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，包括以下步骤：
3、s1：根据改进d-h参数法定义机械臂的广义坐标，建立满足牛顿力学或者拉格朗日力学的动力学模型。
4、s2：根据不等式约束条件对动力学模型进行优化以获得机械约束系统的动力学模型。
5、s3：采用空间映射方式将主端手臂遥杆笛卡尔空间转变至从端液压机械臂笛卡尔空间以扩大主机器人对从机器人的操作空间。
6、作为上述技术方案的改进，所述步骤s1包括以下步骤：
7、s11：以机械臂基座的各节点位置作为原点建立若干个坐标系，根据若干个所述坐标系建立改进d-h参数表，并根据改进d-h参数表确定液压机械臂末端关节相对于基坐标系的总齐次变换矩阵以及末端执行器相对于固定坐标系的齐次变换矩阵。
8、s12：液压机械臂末端关节相对于
9、s13：根据关节转角确定若干个轴体的位置，确定五轴机械系统的广义坐标。
10、s14：根据广义坐标建立满足牛顿力学或者拉格朗日力学的动力学模型。
11、作为上述技术方案的改进，所述步骤s2包括以下步骤：
12、s21：系统引入若干个外部约束，建立约束系统的实际显式运动方程。
13、s22：基于高斯最小约束原理，利用udwadia-kalaba方程建立液压五轴机械臂的动力学模型。
14、s23：通过状态变换函数对不等式约束条件进行转换，并将转换结果输入至步骤s22中的动力学模型中以获得优化后的动力学模型。
15、作为上述技术方案的改进，所述动力学模型包括下式：
16、
17、
18、其中，m(q，t)为系统惯性矩阵，且m(q，t)＝mt(q，t)∈rn×n，为广义速度，为广义加速度，为施加在系统上的已知力，q。与为t0时刻下的初始条件。
19、所述优化后的动力学模型包括下式：
20、
21、其中，θ为描述系统的n维广义坐标，速度矢量，m(θ，t)是一个n×n的对称正定惯量矩阵，a(θ，t)是一个m×n的约束矩阵，是一个m×1的向量，是离心力或科氏力矩阵，是重力矩阵，qm和qm为关节角度的上下界，τ是广义控制力(力矩)，()+表示矩阵广义逆，t是时间变量。
22、作为上述技术方案的改进，所述步骤s3包括以下步骤：
23、s31：根据从机器人末端的位置与主机器人末端的位置来确定遥操作系统自由模式下的主从端机器人位置控制关系。
24、s32：将坐标中的三个方向作为直线线段来建立自由模式下的空间映射模型a。
25、s33：根据从端液压机械臂位置、主端机器人位置来确定遥操作系统工作模式下的主从端机器人位置控制关系，并根据该控制关系建立映射模型b。
26、s34：根据映射模型a与映射模型b来确定主机器人所控制的从机器人的操作空间。
27、作为上述技术方案的改进，所述遥操作系统自由模式下的主从端机器人位置控制关系如下：
28、qs＝λqm+qn
29、其中，qs是从机器人末端的位置，qm是主机器人末端的位置，λ是比例系数，qn是位置常量。
30、所述映射模型a包括下式：
31、
32、
33、
34、其中，xm、ym、zm是主端机器人在笛卡尔坐标系中的位置，xmmax为主端手控器在x方向上运动的最大位置，xmmin为主端手控器在x方向上运动的最小位置，xsmax为从端液压机械在x方向上运动的最大位置，xsmin分别为从端液压机械在x方向上运动的最小位置，xs、ys、zs则是主端机器人空间位置经过映射模型后要求从端机器人应达到的目标空间位置。
35、所述遥操作系统工作模式下的主从端机器人位置控制关系：
36、ps＝λ·pm+c·v+pn
37、其中，ps为从端液压机械臂位置，pm为主端机器人位置，pn为位置偏量，λ为笛卡尔空间比例系数，k为速度比例系数，v为主端机器人末端线速度。
38、所述映射模型b包括下式：
39、
40、其中，xs、ys、zs分别为端液压机械臂位置分量，λx、λy、λz分别为笛卡尔空间比例系数在x、y、z方向的分量，xm、ym、zm为主端机器人位置分量，kx、ky、kz分别为速度比例系数在x、y、z方向的分量，vx、νy、vz分别为主端机器人末端线速度分量，xn、yn、zn为位置变量分量。
41、作为上述技术方案的改进，当机械臂端部的夹爪对物品抓取时，所述夹爪的夹持力控制依赖于以下步骤：
42、s41：根据库伦摩擦定理，确定在静止稳定状态下法向力与摩擦力之间的关系，并根据该关系得到夹爪稳定抓取的条件。
43、s42：预设目标静摩擦系数，并根据预设的静摩擦系数来补偿预先测定所产生的误差。
44、s43：根据计算的误差与夹爪稳定抓取的条件来确定夹爪所需要施加的最小抓取力。
45、作为上述技术方案的改进，所述步骤s41中夹爪稳定抓取的条件为：
46、
47、其中，fn为夹持力，mg为物体重量，f为物体所受摩擦力，μ0为静摩擦系数。
48、作为上述技术方案的改进，所述步骤s42包括以下步骤：
49、s421：预设初始静摩擦系数。
50、s422：增加夹爪所抓取的物体重量，得到当前静摩擦系数。
51、s423：根据当前静摩擦系数与初始静摩擦系数来确定静摩擦系数误差，并根据静摩擦系数误差来确定夹持力的偏差。
52、作为上述技术方案的改进，所述步骤s422中当前静摩擦系数的计算依赖于下式：
53、f′y/f′x＝μs
54、其中，f′y为增加抓取物体重量后所形成的新的切向力，f′x为系统为了稳定抓取物体所施加的新的夹持力；
55、所述增加物体重量之后的切向力与增加物体重量之前的夹持力之间的比值为：
56、η＝f′y/fx
57、所述步骤s423中静摩擦系数误差为：
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1.一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述动力学模型包括下式：
5.根据权利要求1所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述遥操作系统自由模式下的主从端机器人位置控制关系如下：
7.根据权利要求1所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：当机械臂端部的夹爪对物品抓取时，所述夹爪的夹持力控制依赖于以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S41中夹爪稳定抓取的条件为
9.根据权利要求7所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S42包括以下步骤：
10.根据权利要求4所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤S422中当前静摩擦系数的计算依赖于下式：
...【技术特征摘要】
1.一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤s1包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤s2包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述动力学模型包括下式：
5.根据权利要求1所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法，其特征在于：所述步骤s3包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于不等式约束的五轴液压机械臂控制方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴平志，张明星，何意，
申请(专利权)人：合肥中科深谷科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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