CN116107212B 一种基于切换策略的空中作业机器人力位混合控制方法 （湖南大学）

一种基于切换策略的空中作业机器人力位种基于切换策略的空中作业机器人力位混合控飞行状态和接触状态下的力/位混合控制策略，并依据位置环控制力、姿态控制器和力/位混合交互接触的检测控制。本发明方法能在无力/力2步骤S1、构建与环境主动交互接触的空中作步骤S3、引入障碍函数，并根据额外力估计器和障碍步骤S6、建立自由飞行状态和接触状态下的力/位混合控制策略，并依据位置环控制(3)是从世界坐标系到机体坐标系的传递矩阵，g为重力常数，e3＝[0,0,1]T；和M,eR3分别为总升力和力矩，fe和r,eR"分别表示世界坐标系下的额外交互力和机体坐3.根据权利要求2所述的空中作业机器人力位混合控制方法，其特征在于，所述步骤S11中的接触工具安装在所述四旋翼无人机上，所述四旋翼无人机通过接触工具与外部的所述四旋翼无人机上安装有机载Pixhawk开源飞控系统，机载Pixha括机载惯性测量单元，外部位置传感器和外部线速度传感器均安装在机载Pixhawk开源飞外部线速度传感器用于获取四旋翼无人机的的机载惯性测量单元用于获取四旋翼无人机的姿态信号和角速3步骤S33、根据额外力估计器以及式(7)的障碍函数，设其中，K,=diag(k,,k,2,k,a}eR"是正定矩阵，为对角矩4为：58.根据权利要求7所述的空中作业机器人力位混合控制方法，其特征在于，所述步骤:6有技术中空中作业机器人与环境滑动接触的检[0011]步骤S6、建立自由飞行和接触状态下的力/位混合控制策略，并依据位置环控制7为对于任意a,beR'满足S(a)b＝a×b，R表示实体集，符号“×”表示叉乘；meR和feR和M,eR'分别为总升力和力矩，fe和r,eR'分别表示世界坐标系下的额外交互力和统包括机载惯性测量单元，外部位置传感器和外部线速度传感器均安装在机载Pixhawk开8k和均是正常数；为：9ri=[cosv,siny,,OI',其中ψd[0059]步骤S53、给定空中作业机器人的期望姿态Rb,d和期望角速度定义姿态跟踪误差和角速度误差e,eR'为：现空中作业机器人与环境力位混合交互接触的检[0074]2)本发明引入了障碍函数，设计自由飞行状态下基于力估计的鲁棒位置环控制[0075]3)本发明提出了一种接触状态下力/位混合控制策略，采用自适应机制用来更新[0076]4)本发明提出了一种自由飞行状态和接触状态下的力/位混合控制策略，保障了业机器人系统的力位混合交互接触检测任务[0088]参照图1，本申请实施例提供了一种基于切换策略的空中作业机器人力位混合控[0094]步骤S6、建立自由飞行和接触状态下的力/位混合控制策略，并依据位置环控制为对于任意a,beR3满足S(a)b＝a×b，R表示实体集，符号“×”表示叉乘；meR和feR和M,eR分别为总升力和力矩，fe和r,eR"分别表示世界坐标统包括机载惯性测量单元，外部位置传感器和外部线速度传感器均安装在机载Pixhawk开[0129]其中，K,=diag(k,k,。,ka}eR"是正定矩阵，为对k和o,均是正常数；为：ri=[cosv,siny,,OI',其中ψd[0150]步骤S53、给定空中作业机器人的期望姿态Rb,d和期望角速度定义姿态跟踪误差和角速度误差e,eR"为：[0157]步骤S6、定义自由飞行和接触状态下的力/位混合控制策略，并依据位置环控制22=[0165]如图4_8所示，图4为本发明实施例的空中作业机器人在仿真中xyz方向位置跟踪业机器人具有良好的收敛速度和跟踪精度；图6为本发明实施例的空中作业机器人在仿真中具有安全边界的xyz方向位置跟踪误差示意图，位置状态位置都在预定义的安全边界范为本发明实施例的空中作业机器人在仿真中yz平面轨