[发明专利]一种多连杆柔性机器人的动力学、工作空间及刚度建模方法及装置

权利要求书

1.一种多连杆柔性机器人的运动学建模方法，其特征在于，所述方法包括：

获取运动关节的位置信息，通过建立柔性臂D-H坐标系描述分段联动柔性臂的坐标系关系；

计算运动关节的关节角矩阵，根据柔性臂D-H坐标系的分布将驱动体关节的运动进行分解，并根据所述运动分解结果及各联动关节的传动比得到所述柔性机器人的关节角矩阵；

位置级运动学建模，根据计算得的柔性机器人关节角矩阵，由运动学递推关系可得柔性机器人末端的齐次变换矩阵，得到柔性机器人末端的位姿信息。

2.根据权利要求1所述的多连杆柔性机器人的运动学建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

关节到操作空间的雅克比矩阵计算，根据分段联动式多连杆绳驱机器人末端的广义速度得到关节到操作空间的雅克比矩阵；

速度级运动学建模，根据所述雅克比矩阵及每个万向节之间的绳索分布关系，得到关节角的变化量与绳长变化量之间的关系，最后进行变换得到多连杆绳驱柔性机器人绳长到关节的递推关系。

3.一种多连杆柔性机器人的动力学建模方法，其特征在于，所述方法包括：

对主动力进行求解，根据牛顿欧拉法，通过求解整个分段联动式多连杆绳驱柔性机器人所受的惯性力/力矩，并以驱动绳索对臂杆的作用力向内递推，求得主动绳索驱动的驱动力/力矩。

4.根据权利要求3所述的多连杆柔性机器人的动力学建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

被动力进行求解：假定连杆上绳索的预紧力足够大，同时实现段中4个子关节的同步俯仰和偏航，则万向节通过小“8”型绳索和大“8”型绳索进行联动。根据受力分析，并联立大小“8”型可得到联动绳索产生的总被动力矩。

5.根据权利要求3所述的多连杆柔性机器人的动力学建模方法，其特征在于，所述方法还包括：

建立动力学模型：根据力的传递关系，将主动力和被动力代入联动绳索产生的被动力矩和驱动绳索主动拉力之间的关系式，可以得主被动耦合柔性机器人的动力学方程。

6.根据权利要求5所述的多连杆柔性机器人动力学求解建模方法，其特征在于，所述方法还包括：将绳索拉力作为优化指标，将关节角度及绳索拉力阈值进行约束。

7.一种多连杆柔性机器人的工作空间求解方法，其特征在于，所述方法包括：通过对末端的齐次变换矩阵进行计算可以得到柔性机器人的工作空间和可达区域面积的解。

8.一种多连杆柔性机器人的等效刚度矩阵求解方法，其特征在于，所述方法包括：对主动刚度矩阵和被动刚度矩阵的求解。

9.根据权利要求8所述的多连杆柔性机器人的等效刚度矩阵求解方法，其特征在于，所述主动刚度矩阵求解方法是根据虚功原理由绳索拉力引起的等效关节力矩得到驱动绳索的抗拉刚度，再考虑等效关节力矩微小的变化导致对应末端位姿微小的变化，最终求得驱动绳索产生的末端等效刚度矩阵。

10.根据权利要求8所述的多连杆柔性机器人的等效刚度矩阵求解方法，其特征在于，所述被动刚度矩阵求解方法：由联动绳索关节产生的等效刚度矩阵可以求解出整臂联动绳索产生的关节等效刚度矩阵，进一步地，再求解出联动绳索产生的末端等效刚度矩阵。