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申请/专利权人：重庆大学

摘要：本发明公开了一种灵巧臂手机器人建模方法，包括机械臂系统和多指系统，多指系统安装在机械臂系统上；所述机械臂系统和多指系统均由连杆和旋转关节组成，连杆安装在旋转关节上组成灵巧臂手机器人单元，多个灵巧臂手机器人单元分别串联连接并通过对照臂‑手结构实现灵巧臂手机器人组装；所述驱动旋转关节由电机驱动；通过模拟人体臂手的自然动作和功能，采用臂‑手状态传递的策略，通过设计机械臂系统与多指系统之间的状态传递方程，可以实现机械臂系统与多指系统状态之间的传递，按照控制需求独立设计机械臂和多指系统的控制器。实现臂手之间的同步操作，使控制更加协调。本发明显著降低了计算成本降低了对高性能计算资源的依赖。

主权项：1.一种灵巧臂手机器人建模方法，其特征在于，具体包括如下步骤：首先对机械臂系统进行建模，由拉格朗日方程可知，当n自由度刚性机械臂系统的广义坐标qi，i＝1,…，n确定后，机械臂系统的动力学方程定义为广义坐标的函数： 其中和分别代表机械臂系统的动能和势能，qi是广义坐标，是广义速度，t是时间、τi是广义力；采用Denavit-Hartenberg方法并通过以下坐标变换建立从坐标系i到坐标系i+1的动力学方程： 其中θi，αi，ai，di表示第i个关节的Denavit-HartenbergDH参数，式2中的表示坐标系i+1相对于坐标系i的位置矢量，表示从坐标系i到坐标系i+1的旋转矩阵；因此，坐标系n相对于基坐标系的位置及方向矢量通过连乘从旋转关节1到旋转关节n的坐标变换阵获得，即根据动力学方程2，第i个连杆及加装在对应旋转关节上电机的动能分别表示为： 其中mli和mmi分别表示第i个连杆和电机的质量，表示第i个连杆相对于坐标系i的惯性张量，表示第i个电机相对于坐标系i-1的惯性张量，Ri表示坐标系i相对于基坐标系的旋转矩阵，Rmi表示坐标系i-1相对于基坐标系的旋转矩阵，连杆i相对于旋转关节速度向量的雅可比矩阵表示为 其中 zj-1表示坐标系j-1的z轴矢量，pli及pj-1分别代表坐标系i及坐标系j-1相对于基座标的位置矢量；同理，电机i相对于旋转关节速度向量的雅可比矩阵表示为 其中 pmi表示电机i相对于基座标系的位置矢量，ki表示减速比，zmi代表坐标系i-1的z轴矢量；在每个旋转关节的中心安装一部电机，由于电机i的位置同坐标系i-1的原点位置重合，进一步得到pmi＝pi-1，Rmi＝Ri-1，连杆i及电机i的势能表示为 其中g0表示第i个坐标系相对于基座标系的重力加速度向量，如果y轴是基座标系的垂直坐标轴，那么根据以上的雅可比矩阵，机械臂系统的动力学模型表示为： 其中 Bq＝bijn×n，是机械臂系统的控制输入信号；根据式3，把多指系统看作与机械臂系统类似的连杆结构，基于拉格朗日方程及DH参数的建模方法，每个手指的自由度为m，得到如下多指系统的动力学模型： 其中分别为第i个手指系统的惯性矩阵，科氏力矩阵及重力向量；和为实数矩阵的集合； 是第i个手指系统的角位移矢量，是第i个手指系统的控制输入；1对于手指系统，控制器控制qi1，qi2,…，qim旋转关节状态，手指系统的状态是由已知的机械臂系统状态和多指系统各手指的旋转关节状态组成，通过将机械臂系统在控制作用下的角位移、角速度、角加速度状态实时传递到多指系统中，即：然后根据机械臂系统的输出状态对应设计多指系统的控制器，最终控制灵巧臂手系统完成相应操作。

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