[发明专利]一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法

说明书

本发明公开了一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法，包括构建与环境主动接触检测的空中作业机器人系统并进行动力学建模分析；设计额外弯矩估计器估计接触交互力/力矩；引入二阶弹簧‑质量‑阻尼模型建立理想接触力与空中作业机器人位置之间的动态关系，进而设计基于时变刚度系数的力跟踪阻抗控制策略，得出计算修正后的位置命令轨迹；根据修正后的位置命令轨迹、命令姿态、空中作业机器人的动力学模型和额外弯矩估计器设计空中作业机器人位姿控制率表达式，得到空中机器人位姿控制率；结合空中作业机器人系统中的转子转速与推力/转矩之间的转换表达式得到转子转速，以使空中作业机器人完成不确定环境下的主动接触检测任务。

技术领域

本发明属于空中作业机器人技术领域，特别是涉及一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法。

背景技术

在过去，空中机器人被认为缺乏主动作业能力，主要用于被动监控任务。随着空中机器人技术的进步，空中机器人的研究领域逐渐扩展到实现与环境的主动接触检测作业。这种用于空中接触检测的新型空中机器人系统通常被称为空中作业机器人，同时吸引了众多研究人员的探索。空中作业机器人有许多潜在的应用，例如检查桥梁或制造工厂等基础设施，在工业事故中按下紧急开关的接触检测任务，以及在他其难以到达的地方进行维护工作。事实上，研究挑战包括整个交互过程中的系统稳定性和所需接触力的调节。为了满足空中作业机器人用于基础设施检测与维护任务的需求，亟需发展空中作业机器人与不确定环境主动接触检测能力。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法，其目的是为了解决背景技术中空中作业机器人与不确定环境主动接触检测的技术问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种不确定环境下空中作业机器人主动接触检测控制方法，方法包括以下步骤：

S100：构建与环境主动接触检测的空中作业机器人系统，并对空中作业机器人系统进行动力学建模分析，得到空中作业机器人的动力学模型；

S200：根据空中作业机器人的动力学模型中的广义输入得到期望翻滚和俯仰角以及空中作业机器人系统中的转子转速与推力/转矩之间的转换表达式；

S300：设计额外弯矩估计器估计接触交互力/力矩；

S400：引入二阶弹簧-质量-阻尼模型建立理想接触力与空中作业机器人位置之间的动态关系，进而设计基于时变刚度系数的力跟踪阻抗控制策略，得出计算修正后的位置命令轨迹；

S500：根据期望翻滚和俯仰角得到命令姿态，根据修正后的位置命令轨迹和命令姿态得到状态误差，根据状态误差、空中作业机器人的动力学模型、额外弯矩估计器设计空中作业机器人位姿控制率表达式，得到空中机器人位姿控制率；

S600：根据空中机器人位姿控制率与空中作业机器人系统中的转子转速与推力/转矩之间的转换表达式得到转子转速，以使空中作业机器人完成不确定环境下的主动接触检测任务。

优选地，S100包括：

S110：构建与环境主动接触检测的空中作业机器人系统，该空中作业机器人交互系统包括四旋翼无人机和刚性安装的接触工具；

S120：利用牛顿-欧拉方程法，空中作业机器人的动力学模型描述如下：