[发明专利]航天器机械臂柔性随动控制方法

权利要求书

1.航天器机械臂的柔性随动控制方法，包括如下步骤：

1)在机械臂末端法兰与负载之间或者在负载附近便于操作的位置设置六维力传感器，六维力传感器与机械臂的控制系统进行电连接；

2)六维力传感器感测作用在其上的力与力矩信息并传送给控制系统，在机械臂末端法兰与夹具之间设置六维力传感器的情况下，控制系统利用航天器机械臂柔性随动控制重力补偿方法，得到外力作用产生的力与力矩在六维力传感器自身坐标系下的分量；在负载附近位置设置六维力传感器，六维力传感器不承受负载重力的情况下，控制系统不需要重力补偿即可得到外力作用产生的力与力矩在六维力传感器自身坐标系下的分量；

3)控制系统通过坐标转换计算，将步骤2)得到的外力在六维力传感器自身坐标系下的力与力矩信息转换，得到外力作用产生的力与力矩在机械臂基坐标系下的作用分量；

4)根据步骤3)得到的机械臂基坐标系下外力作用产生的力与力矩信息，控制机械臂运动，使负载产生移动或转动，其中移动的方向与外力作用的力的方向相同，移动的加速度、速度、距离等根据外力作用的力的大小进行综合控制，转动方向与外力作用的力矩的方向相同，转动的角加速度、角速度、角度根据外力作用的力矩的大小进行综合控制，最终达到柔性随动的效果。

2.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，所述机械臂是串联式的机器人，通常具有6个自由度。

3.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，所述六维力传感器每次测量得到的数据有六个分量，包括在六维力传感器自身坐标系中的三个坐标轴方向的力分量，以及三个坐标轴方向的力矩分量。

4.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，所述负载是指安装在机械臂末端的主要载荷，包括被操作工件、用于夹持被操作工件的夹具。

5.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，所述外力为除负载重力以外对六维力传感器的测量数值产生作用的外部作用力。

6.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，六维力传感器安装在机械臂末端法兰与负载之间，在操作中，六维力传感器感受到的力与力矩信息是负载重力和外力的综合作用结果，要得到外力作用的力与力矩信息，利用航天器机械臂柔性随动控制重力补偿方法消除负载重力的影响，得到外力作用产生的力与力矩信息。

7.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，六维力传感器安装在负载附近位置，而不直接承载主要负载，传感器对外力作用的感知不受负载重力影响。

8.如权利要求1所述的柔性随动控制方法，其中，柔性随动控制中可根据需要通过控制系统对机械臂的运动自由度进行约束，在允许的自由度内根据外力作用的力与力矩信息控制机械臂的运动。

9.如权利要求1-8任一项所述的柔性随动控制方法，其中，所述六维力传感器自身坐标系是与六维力传感器自身固连的空间直角坐标系，随六维力传感器运动而产生相应的变动，六维力传感器直接测得的力与力矩信息是其自身坐标系三个坐标轴方向的三个力分量，以及三个力矩分量。

10.如权利要求1-8任一项所述的柔性随动控制方法，其中，柔性随动控制方法步骤3)中，所述机械臂基坐标系为与机械臂基座固连的空间直角坐标系，机械臂末端的运动通常在机械臂基坐标系中进行定义；机械臂基坐标系与六维力传感器自身坐标系的转换关系通过几何连接关系及机械臂当前的空间姿态进行确定，进而将外力作用的力与力矩信息由六维力传感器自身坐标系换算至机械臂基坐标系下。