一种基于动力学的机械臂柔性控制方法
专利汇可以提供一种基于动力学的机械臂柔性控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于动 力 学的 机械臂 柔性控制方法，该控制方法包括以下步骤：采用广义D-H法对模型进行运动学建模；采用 牛 顿—欧拉公式对模型进行动力学建模；计算出关节力矩，对力矩结果采用多元函数Taylor公式进行近似估计；根据对关节速度的近似处理，进一步的简化关节力矩的表达式；给定某一段圆弧曲线，将计算结果在MATLAB中做了相应验证。本发明的一种基于动力学的机械臂柔性控制方法，本发明主要是针对高 加速 度下的低速运动，利用Taylor公式对速度和加速度项做了近似处理，使得计算的扭力公式变得简单，而且使用的效果与真实值相当，降低了 控制器 实时计算的压力。，下面是一种基于动力学的机械臂柔性控制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于动力学的机械臂柔性控制方法，该控制方法包括以下步骤：
(1)采用广义D-H法对模型进行运动学建模；
(2)采用牛顿—欧拉公式对模型进行动力学建模；
(3)计算出关节力矩，对力矩结果采用多元函数Taylor公式进行近似估计，对其中的高阶项采用梯度法进行近似处理；
(4)根据对关节速度的近似处理，进一步简化关节力矩的表达式；
(5)给定某一段圆弧曲线，将计算结果在MATLAB中做了相应验证。
2.根据权利要求1所述的基于动力学的机械臂柔性控制方法，其特征在于，步骤(1)中采用广义D-H法进行运动学建模，根据该五自由度机械臂的D-H参数可以得到上一个坐标系到下一个坐标系的位姿变换矩阵为Ti(θi)(i＝1,2,3.4,5)，从而姿态变换矩阵为
3.根据权利要求1所述的基于动力学的机械臂柔性控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中牛顿—欧拉公式对模型进行动力学建模包括以下步骤：
(2-1)从机械臂底座开始往外递推，求出每个关节的速度、加速度、惯性力和惯性力矩在当前关节坐标系下的表示，具体如下：
先求每个关节处的速度wi、加速度 以及质心处的加速度
再求质心处的惯性力Fi和力矩Ni：
(2-2)根据末端的负载往外递推，求出各连杆上的力fi和力矩ni
从而各关节的驱动力矩τi：
τi＝zi·ni
其中zi代表各个旋转轴旋转方向。
4.根据权利要求1所述的基于动力学的机械臂柔性控制方法，其特征在于，步骤(3)中计算出关节力矩，对力矩结果采用多元函数Taylor公式进行近似估计，该多元函数Taylor公式为：
机械臂在高加速度下的低速运动，关节力矩为τi(i＝1,2,3,4,5)
1)对关节速度wk(k＝1,2,3,4,5)使用Taylor公式，在w＝0处展开，去掉二阶以上的项，用一阶近似替代，得到τii(w1,w2,w3,w4,w5)；
2)对扭力τii(w1,w2,w3,w4,w5)，对加速度项使用Taylor公式，在加速度a＝a0处展开，去掉二阶以上的项，用一阶近似替代，得到τii(w1,w2,w3,w4,w5,a0)。
5.根据权利要求1所述的基于动力学的机械臂柔性控制方法，其特征在于，步骤(4)中如果关节速度小于设置的速度 时，则对扭力表达式中的速度值做近似处理，使 从而，经过化简，该模型对应的最终力矩表达式为：
τ1＝-g*m5*r5*sin(θ2+θ3+θ4+θ5)*sin(θ1)+C1
τ2＝-g*((I4*m5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2+(m4*r4*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2-(m5*r5*cos(θ1+θ2
+θ3+θ4+θ5))/2+(m5*r5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4+θ5))/2-(I4*m5*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2-(m4*r4*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2)+C2
τ3＝-g*((I4*m5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2+(m4*r4*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2-(m5*r5*cos(θ1+θ2
+θ3+θ4+θ5))/2-(I3*m4*cos(θ1+θ2+θ3))/2-(I3*m5*cos(θ1+θ2+θ3))/2-(m3*r3*cos(θ1+θ2+θ3))/2+(m5*r5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4+θ5))/2+(I3*m4*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(I3*m5*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(m3*r3*cos(θ2-θ1+θ3))/2-(I4*m5*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/
2
-(m4*r4*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2)+C3
τ4＝-g*((I4*m5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2+(m4*r4*cos(θ2-θ1+θ3+θ4))/2-(m5*r5*cos(θ1+θ2
+θ3+θ4+θ5))/2+(I2*m3*cos(θ1-θ2))/2+(I2*m4*cos(θ1-θ2))/2+(I2*m5*cos(θ1-θ
2))/2
+(m2*r2*cos(θ1-θ2))/2-(I3*m4*cos(θ1+θ2+θ3))/2-(I3*m5*cos(θ1+θ2+θ3))/2-(m3*r3*cos(θ1+θ2+θ3))/2+(m5*r5*cos(θ2-θ1+θ3+θ4+θ5))/2+(I3*m4*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(I3*m5*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(m3*r3*cos(θ2-θ1+θ3))/2-(I4*m5*cos(θ1+θ
2
+θ3+θ4))/2-(m4*r4*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2-(I2*m3*cos(θ1+θ2))/2-(I2*m4*cos(θ1+θ2))/2-((2*m5*cos(θ1+θ2))/2-(m2*r2*cos(θ1+θ2))/2)+C4
τ5＝g*cos(θ1)*cos(θ2)*(I2*m3+I2*m4+I2*m5+m2*r2+I3*m4*cos(3)+I3*m5*cos(θ3)+
m3*r3*cos(θ3)+m5*r5*cos(θ3+θ4+θ5)+I4*m5*cos(θ3+θ4)+m4*r4*cos(θ3+θ4))-sin(θ2)*(g*cos(θ1)*cos(θ3)*(I4*m5*sin(θ4)+m4*r4*sin(θ4)+m5*r5*sin(θ4+θ5))+g*cos(θ1)*sin(θ3)*(I3*m4+I3*m5+m3*r3+I4*m5*cos(θ4)+m4*r4*cos(θ4)+m5*r5*cos(θ4+θ5)))+C5
其中mi为当前关节质量，li为关节长度，ri为关节质心在当前坐标系下的表示，C1、C2、C3、C4、C5为常数，g为重力加速度。
6.根据权利要求1所述的基于动力学的机械臂柔性控制方法，其特征在于，步骤(5)中先利用机器人工具箱绘制某一段圆弧轨迹，再建立机器人模型。
一种基于动力学的机械臂柔性控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
1+θ3))/2+(l3*m5*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(m3*r3*cos(θ2-θ1+θ3))/2-(l4*m5*cos(θ1+θ2 +θ3+θ4))/2-(m4*r4*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2-(l2*m3*cos(θ1+θ2))/2-(l2*m4*cos(θ1 +θ2))/
2-(l2*m5*cos(θ1+θ2))/2-(m2*r2*cos(θ1+θ2))/2)+C4
具体实施方式
1+θ3))/2+(l3*m5*cos(θ2-θ1+θ3))/2+(m3*r3*cos(θ2-θ1+θ3))/2-(l4*m5*cos(θ1+θ2 +θ3+θ4))/2-(m4*r4*cos(θ1+θ2+θ3+θ4))/2-(l2*m3*cos(θ1+θ2))/2-(l2*m4*cos(θ1 +θ2))/
2-(l2*m5*cos(θ1+θ2))/2-(m2*r2*cos(θ1+θ2))/2)+C4
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