【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人控制，更具体的说是涉及一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法及机器人。
技术介绍
1、仿壁虎机器人具有广泛的应用前景，它能够进入狭小的空间搜救被困人员；在建筑施工中，可以代替人工进行高空作业，大幅提升工作效率和安全性；在工业中，可用于工业设备的维护和检查，实现定期检查而无需人工干预。这些应用场景展示了仿壁虎机器人对人类的帮助和重要价值。
2、但是，大多数仿壁虎机器人的研究集中在执行器的开发与应用上，以适应不同表面并实现可靠的黏脱附，在仿壁虎机器人的运动过程中，其机身不可避免地会受到振动的影响。这些振动可能源于机器人与运动表面的相互作用，比如在粗糙表面爬行时的颠簸，或者在执行一些复杂动作时产生的内部应力变化。振动问题如果不加以有效控制，可能会导致机器人运动的不稳定，影响其吸附效果，甚至可能损坏机器人内部的精密部件，降低机器人的使用寿命和工作可靠性。
3、因此，如何提供一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法及机器人，改善机身受力情况，提高机体抗振效率，使用柔性方式抵抗振动，增强运动的可靠性是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法及机器人，基于多自由度弹簧模型的机身减振控制理论，旨在改善机身受力情况，提高机体抗振效率，使用柔性方式抵抗振动，增强运动的可靠性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，包括：p>
3、获取机器人的初始状态数据，并设定期望位置；
4、根据所述初始状态数据和所述期望位置，建立机器人的运动学模型，计算得到机器人质心所受的合力；
5、基于所述合力和虚拟牵引力计算外部合力，构建自适应抑振控制器，通过调节自适应抑振控制器内的刚度矩阵，控制机器人在外部合力以及虚拟牵引力下的运动。
6、优选的，机器人的机身结构采用对称设计，每条腿的关节配置相同；
7、选择其中一条腿建立单腿运动学模型，基于机身坐标系做对称变换得到其他腿的运动学模型，得到机器人的运动学模型。
8、优选的，计算得到机器人质心所受的合力，包括：
9、根据d-h方法，对机器人任一单腿的各个关节坐标系进行分析，得到d-h参数表；
10、根据期望位置计算末端执行器坐标系与机身坐标系间的变换矩阵，得到机器人运动学正解；
11、采用逆变换法计算得到机器人运动的关节角度；
12、根据雅可比矩阵计算机器人任一单腿的末端受力，得到机器人质心所受的合力。
13、优选的，基于拉格朗日方程构建自适应抑振控制器，表示为：
14、
15、式中，表示机器人加速度矢量，m表示机器人固有惯性矩阵，ke表示弹簧刚度矩阵，a为虚拟弹簧伸长量偏导矩阵，fext为外部合力；
16、其中，
17、
18、
19、式中，k1,k2,k3,k4分别代表左前腿，右前腿，左后腿，右后腿的虚拟刚度；δli表示的是虚拟弹簧的伸长量；x，y，z是机器人在世界坐标系下的三维位置坐标，α,β,γ是机器人在世界坐标系下的与初始姿态相比的偏转角度。fvar为外部广义力作用在质心的合力，fq表示维持恒定速度的虚拟牵引力，m表示机器人自身质量，ixx，iyy,izz表示机身惯量。
20、优选的，机器人的腿部都包括弹簧，机器人静止时的弹簧长度为机器人腿部弹簧原长。
21、优选的，维持恒定速度的虚拟牵引力fq表示为：
22、
23、其中，xerr＝xcur-x,xerr＝xcur-x,
24、式中，xerr表示当前时刻的位置差值，表示当前时刻的速度差值；xcur表示传感器获取的实际位置，表示传感器获取的实际速度，表示腿部末端期望速度；x表示腿部末端期望位置，k表示刚度参数和d表示阻尼参数。
25、优选的，弹簧伸长量的三维矢量δl由下公式计算得到：δl＝[xf,yf,zf]t-(rz(γ-γ0)ry(β-β0)rx(α-α0)[l/2,-w/2,0]t+[x-x0,y-y0,z-z0]t)；
26、其中，l和w分别是机器人机身的长和宽，rx(θ),ry(θ),rz(θ)是绕某一坐标轴旋转θ度的旋转矩阵，[xf,yf,zf]t表示任一单腿末端在运动平面上的点坐标；[x0,y0,z0,α0,β0,γ0]t表示机器人在世界坐标系中的初始状态，x，y，z是机器人在世界坐标系下的三维位置坐标，α,β,γ是机器人在世界坐标系下的与初始姿态相比的偏转角度。
27、优选的，根据d-h参数表，计算得到运动学正解为：
28、
29、其中，l1,l2,l3表示另外三条腿的腿部长度，si＝sinθi，ci＝cosθi，sij＝sin(θi+θj)，cij＝cos(θi+θj),依次类推；θi表示关节i的转动角度；
30、表示任一单腿末端在世界坐标系下的期望位置；
31、采用逆变换法计算得到机器人运动的关节角度，包括：
32、
33、其中，
34、
35、优选的，根据力矩与末端力转换公式得到任一单腿的末端受力：
36、f＝(j(θ)t)+τ；
37、其中，τ∈rn×1为关节力矩矩阵，n为关节数量，f∈r3×1为末端三维受力，j(θ)为雅可比矩阵；
38、得到机器人质心所受的合力表示为：fb＝∑fi,i∈1～4。
39、优选的，一种机器人，包括：机身和腿部，所述腿部对称安装在所述机身两侧。
40、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法及机器人，包括：获取机器人的初始状态数据，并设定期望位置；根据所述初始状态数据和所述期望位置，建立机器人的运动学模型，计算得到机器人质心所受的合力；基于所述合力和虚拟牵引力计算外部合力，构建自适应抑振控制器，通过调节自适应抑振控制器内的刚度矩阵，控制机器人在外部合力以及虚拟牵引力下的运动。本专利技术具有克服平面复杂振动困难，实现对多自由度爬壁机器人的高精度控制的优点。
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1.一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，机器人的机身结构采用对称设计，每条腿的关节配置相同；
3.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，计算得到机器人质心所受的合力，包括：
4.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，基于拉格朗日方程构建自适应抑振控制器，表示为：
5.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，机器人的腿部包括弹簧，机器人静止时的弹簧长度为机器人腿部弹簧原长。
6.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，维持恒定速度的虚拟牵引力fq表示为：
7.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，弹簧伸长量的三维矢量δl由下公式计算得到：δl＝[xf,yf,zf]T-(Rz(γ-γ0)Ry(β-β0)Rx(α-α0)[L/2,-W/2,0]T+[x-
8.根据权利要求3所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，根据D-H参数表，计算得到运动学正解为：
9.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，根据力矩与末端力转换公式得到任一单腿的末端受力：
10.一种机器人，应用权利要求1-9任一项所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，包括：机身和腿部，所述腿部对称安装在所述机身两侧。
...【技术特征摘要】
1.一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，机器人的机身结构采用对称设计，每条腿的关节配置相同；
3.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，计算得到机器人质心所受的合力，包括：
4.根据权利要求1所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，基于拉格朗日方程构建自适应抑振控制器，表示为：
5.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，机器人的腿部包括弹簧，机器人静止时的弹簧长度为机器人腿部弹簧原长。
6.根据权利要求4所述的一种多自由度机器人的自适应抑振控制方法，其特征在于，维持恒定速度的虚拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：王周义，吴旭，王炳诚，张伟龙，张李，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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