(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210889312.7 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北 大道2号福州大 学 (72)发明人 陈彦杰　于健业　兰立民　张智星　 曾家豪　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 蔡学俊　薛金才 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B64C 39/02(2006.01) (54)发明名称 一种飞行作业机器人动态抓取的终端滑模 自适应控制方法 (57)摘要 本发明涉及一种飞行作业机器人动态抓取 的终端滑模自适应控制方法， 包括以下步骤： 步 骤S1： 考虑重心偏移以及动态抓取过程中受力和 力矩， 建立四旋翼无人机和二自由度机械臂整体 动力学模型； 步骤S2： 通过对机载机械臂末端与 物体瞬时接触力分析， 计算出机机载机械臂末端 受到的瞬时接触力 ； 步骤S3： 设计终端滑模自 适应控制器， 得到输出 ； 步骤S4： 通过升力 、 翻滚力矩 、 俯仰力矩 、 偏航力矩 解算出四 个旋翼的转速ωi， i=1,2,3,4； 步骤S5： 通过解算 得到的数据 ， 控制飞行作业机器人 。 应用本技术方案可实现加强 动态抓取过程中的控制精度， 能够有效减弱动态 抓取接触对飞行作业机器人系统产生的扰动影 响， 提高飞行作业机 器人系统的飞行安全性。 权利要求书4页 说明书13页 附图3页 CN 115229792 A 2022.10.25 CN 115229792 A 1.一种飞行作业机器人动态抓取的终端滑模自适应控制方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤S1： 考虑重心偏移以及动态抓取过程中受力和力矩， 建立四旋翼无人机和二自由 度机械臂整体动力学模型； 步骤S2： 通过对机载机械臂末端与物体瞬时接触力分析， 计算出机载机械臂末端受到 的瞬时接触力fm； 步骤S3： 基于所构建的动力学和瞬时接触力模型， 设计终端滑模自适应控制器， 得到输 出u； 步骤S4： 通过升力f、 翻滚力矩u4、 俯仰力矩u5、 偏航力矩u6解算出四个旋翼的转速ωi， i ＝1,2,3,4； 步骤S5： 通过解 算得到的数据ωi， 控制飞行作业机器人。 2.根据权利要求1所述的一种飞行作业机器人动态抓取的终端滑模自适应控制方法， 其特征在于， 所述 步骤S2具体为： 步骤S21:首先建立飞行作业机器人动力学模型， 联立四旋翼无人机动力学和二自由度 机械臂动力学模型， 定义 以及它的导数 则飞行作业机器人的动力 学模型表示 为： 其中， H(x1)＝diag(muI3×3,JT‑1(Φb),Mm(q))表示为飞行作业机器人系统的惯性矩阵， I3×3是单位矩阵； C(x1,x2)表示离心力和科氏力矢 量， G(x1)表示重力矢量； d表示抓 取时的接 触力建模以及动力学建模误差； JE＝[JEu,JEm]T表示机械手末端受力传递到机械臂各个 关节 以及飞行器的雅可比矩阵； u＝[ υ1, υ2, υ3,u4,u5,u6, τ1, τ2]T表示广义输入； 其中， υ1, υ2, υ3是虚拟输入量， 它表示 为: 虚拟矢量由位置控制器的输出生成； 通过虚拟矢量， 飞行平台的总升力和期望翻滚、 俯 仰角计算如下：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115229792 A 2步骤S22： 采用积分变换 可以得到冲量， 式(1)的积分表示 为： 其中， t0表示接触开始时间， Δt 表示接触时间 同样， 被抓取物体的冲量表示 为： 其中， ms表示被抓取物体的质量， ξm＝[xm,ym,zm]T为所抓取物体的位移； 步骤S23： 由于动态抓取时接触时间较短， 假设此时仅有广义速度和广义加速度发生突 变； 因此等式(4)和(5)写为： 其中， pm是Δt时间内的冲量； 步骤S24： 由碰撞后机械臂末端执行器与对象接触后的速度相同， 借助 此等式关系得到 瞬时接触力模型； 两者的等式关系表达如下： 其中， JV是飞行作业机器人的速度矢量传递到机械臂末端执行器速度矢量的雅可比矩 阵， 通过以下 方法计算； JV＝[I3×3,RBPx,RBPq]\*MERGEFORMAT(8) 其中， 将式(7)和(8)代入(6)， 冲量pm表示为： 因此， 瞬时接触力表示 为 步骤S25:式(1)改写成: 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115229792 A 3