[发明专利]基于工装条件下的绳驱柔性机械臂自动高精度复位方法

权利要求书

1.一种基于工装条件下的绳驱柔性机械臂自动复位方法，所述的机械臂包括驱动箱和串联的多段的臂杆组件，每个臂杆组件包括以关节方式连接的中心块和臂杆，每个臂杆组件中的臂杆通过各自的驱动绳索连接至所述的驱动箱，所述的驱动箱包括多个电机和多个传动机构，其特征在于，在所述的工装条件下通过夹具使得所述的多段的臂杆组件限位在复位初始位置，并且所述方法包括以下步骤：

S10、建立所述电机的电枢电流与所述驱动绳索的张力的传递关系；

S20、基于驱动绳索的极限拉力，确定所述驱动绳索的预紧力范围以及计算相应的驱动电流阈值；

S30、触发驱动箱使驱动绳索放松，使绳驱柔性机械臂的臂杆组件由所述夹具限位；

S40、控制所述电机的驱动电流上升，以及根据实时感知的电枢电流反馈，使所述驱动电流以指数速度稳定在驱动电流阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述的传动机构包括联轴器、与所述联轴器连接的丝杠、与所述丝杠配合的滚珠螺母、由滚珠螺母带动的滑块以及引导所述滑块进行线性移动的导轨，其中所述电机与联轴器连接，所述滑块与驱动绳索固连，使得电机转动时由滚珠螺母带动滑块进而带动驱动绳索运动，其中所述步骤S10包括通过以下公式建立驱动绳索张力与电机电枢电流的关系，以在电机电流控制期间处理或监控所述驱动绳索张力：

其中，F_cable为驱动绳索张力，S为丝杠的导程，η为传动效率，α为无量纲常数，K_t为电机的转矩常数,i_a为电枢电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤S20包括：

S21、将驱动绳索受到的库伦摩擦力作为常值处理，限定驱动绳索预紧力F_pre≤εF_max,其中ε为保障所述绳驱柔性机械臂具有足够拉力变化范围的安全系数，范围在0.01至0.15之间，F_max为驱动绳索允许的极限拉力；

S22、计算所述电机的电枢的驱动电流阈值为

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S30包括：

通过所述的机械臂的控制器使多个所述电机的制动放松，以允许多个臂杆组件由所述夹具限位后保持直线串联的水平状态。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤S40包括：

S41、按照顺序配置，触发对每个电机的电枢电流进行控制，对所述机械臂开始复位；

S42、通过霍尔元件周期性地采集所述驱动电机电枢电流的反馈信号；

S43、当所述驱动电流上升将接近所述的驱动电流阈值时，基于电流环控制律，对所述驱动电流采取比例积分反馈控制，使得所述驱动电流稳定在所述的驱动电流阈值，以实现所述机械臂的复位。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤S41还包括：

在所述机械臂中配置每三根驱动绳索控制一段臂杆组件的关节的转动角度；

所述各个驱动绳索按照由驱动箱基座到机械臂末端的顺序分段依次进行预紧复位。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述电机为直流电机，所述步骤S43还包括：

当连续多次采集的所述驱动电流的平均值达到0.2倍的驱动电流阈值时，判断为足够接近阈值；

引入以下电流环控制方程，对所述驱动电流进行比例积分反馈控制：

其中，u_a为所述直流电机的电枢电压，K_i为远大于1的常数，T_a为电机的电磁时间常数，e_u为电机输入电压u_i和反馈电压u_a之差，

e_u＝u_i-u_a＝u_i-i_aγ；

其中，u_i为输入电压，i_a为电枢电流，γ为霍尔元件的反馈系数。