[发明专利]一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法

说明书

本发明公开了一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，包括以下步骤：首先利用分段常曲率假设建立两关节绳驱连续型机械臂的参数化模型；其次，求解机械臂末端位置点到目标位置点在位置和姿态上的误差，并作为目标函数；然后，利用粒子群算法快速找到使目标函数达到最小的关节变量；最后，分析得到两个关节之间的运动耦合量，并在关节空间到驱动空间的映射中进行解耦，得到绳长变化量。本发明能够快速的得到绳驱连续型机械臂的逆运动学解，并且考虑了两关节之间的耦合，使得逆运动学模型更加精确。

技术领域

本发明涉及一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，尤其涉及一种基于粒子群算法的绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法。

背景技术

随着空间在轨任务的多样化，飞行器在太空中所处的环境也更加复杂，虽然传统的机械臂设计和控制技术比较成熟，但其一般由多个刚性连杆连接而成，其工作空间相对固定，在一些狭小的任务空间里面，传统刚性机械臂运动会受到限制，不能满足任务的要求。研究人员在对自然界柔性生物或者动物柔性器官的仿生研究中，设计出了柔性的连续体机械臂。这种机械臂具有连续且柔性连杆结构，无刚性节点，具有优良的弯曲性能，能够灵活地改变自身地形状。用连续型机械臂代替传统机械臂，应用到航天飞行器上，能够更好地适应复杂的任务空间，从而保证飞行器更好的完成在轨任务。

连续型机械臂由于本身强柔性，强耦合的特点，利用分段常曲率建立的正运动学模型结构十分复杂，难以像传统的刚性机械臂一样得到逆运动学解。而利用雅可比和牛顿迭代法求数值解，又面临雅可比难以求取，计算周期较长的问题。因此，找到一种新的绳驱连续型机械臂的逆运动学求解方法，对机械臂的快速控制具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所解决的问题在于提供了一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法。首先建立两关节连续型机械臂的参数化模型，然后计算机械臂初始末端点和目标位置在位置和姿态上的误差，并作为目标函数，之后利用粒子群算法快速求解相关参数，并利用参数确定两关节连续型机械臂的驱动绳长的变化量。

实现本发明的技术方案为：一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，包括以下步骤：

步骤1、利用分段常曲率假设对两关节绳驱连续型机械臂进行参数化建模；

步骤2、构建目标函数；

步骤3、根据粒子群算法求目标函数的最优解；

步骤4、确定连续型机械臂两个关节之间的耦合量，并在驱动空间到关节空间的映射中进行解耦，得到驱动绳长变化量，完成两关节绳驱连续型机械臂的逆运动学求解。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明的两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，将机械臂末端位置和目标位置之间的误差作为目标函数，利用粒子群算法进行优化，能够避免求解复杂的解析公式，有效得到逆运动学解。

(2)本发明的两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，考虑了连续型机械臂两关节之间的运动耦合，分析得到了耦合量，并实现了解耦，提高了逆运动学模型的精度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明中两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法的流程图。

图2为本发明中的两关节绳驱连续型机械臂结构示意图。

图3为本发明中对机械臂进行参数化建模的示意图。

图4为本发明中实施例中利用粒子群算法求最解目标函数的运行图。

具体实施方式

一种两关节绳驱连续型机械臂逆运动学求解方法，包括以下步骤：