CN115755591B - 一种卷扬机系统对柔索的驱动方法、装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷扬机系统对柔索的驱动方法，包括：确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，其中，柔性模拟力矩为模拟卷扬机系统驱动柔索处于拉直状态下时，卷扬机系统的摩擦力矩，在拉直状态下，柔索内部的弹力大小基本为0；确定卷扬机系统的刚性模拟力矩，其中，刚性模拟力矩为柔索处于拉直状态下时，通过柔索的材质的应力应变特性确定；叠加柔性模拟力矩和刚性模拟力矩，获得卷扬机系统的实际控制力矩；卷扬机系统的电机根据实际控制力矩，对柔索进行驱动。本发明的卷扬机系统对柔索的驱动方法，可以对柔索的应变应力进行实时补偿，保证了柔索的波动可以限制在一定范围内，提高了柔索的控制精度。

Description

一种卷扬机系统对柔索的驱动方法、装置及应用

技术领域

本发明涉及卷扬机系统对柔索的驱动方法、控制装置及应用该装置的索驱机器人，具体应用在索驱机器人领域。

背景技术

对于工业应用中，大型设备用的卷扬机大多还是使用钢索作为收放绳索，但钢索的自身重量大，甚至可能超过机器人本体重量，因此在应用中的搬运难度大，移动的便捷性很低；且钢索的悬链线效应明显，控制精度不高。

在实验室中已经开始探索使用柔索作为机器人用卷扬机的绳索类型，对于一些小型机器人来说，通常应用一些几乎不存在弹性的特殊材质作为柔索，其由于具有类似刚性的特性，因而精度较高，但材质本身通常无法承受工业级设备的重量。特别地，通过卷扬机电机驱动柔索，柔索依靠电机的速度或者力矩而运动，目前实际工业应用中，大多数还是利用柔索的运动控制，并没有将其动力学考虑在内，或者仅对柔索做了动力学处理，但没有将应变应力考虑到实际应用中，即并没有解决柔索弹性力问题的方案。因此，亟需针对具有弹性的柔索应用至工业所需的领域中，进行准确的模型构建来对其进行精准控制。

发明内容

本发明为解决具有弹性的柔索在应用至卷扬机驱动时，因柔索本身的应变应力而在卷扬机施加力矩时出现大幅度震荡而难以进行驱动控制的问题，提出了通过两种模型分别模拟柔索处于柔性和刚性的状态，并结合实际使用的情况，将两种状态进行结合以获得可以进行精准控制的柔索柔性-刚化模糊模型。其中，第一种为基于阻抗控制策略改进标定模型，第二种为柔索PID模型。第一种模型对应是柔索未拉直前的状态，第二种模型是柔索拉直后的状态，这两种模型的过渡段刚好是柔索达到将要产生应变应力的状态，在此状态时，可以通过运动学模型将第一和第二种模型连接起来。

本发明的实施方式提供一种卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，驱动方法包括：

确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，其中，柔性模拟力矩为模拟卷扬机系统驱动柔索处于拉直状态下时，卷扬机系统的摩擦力矩，在拉直状态下，柔索内部的弹力大小基本为0；

确定卷扬机系统的刚性模拟力矩，其中，刚性模拟力矩为柔索处于拉直状态下时，通过柔索的材质的应力应变特性确定；

叠加柔性模拟力矩和刚性模拟力矩，获得卷扬机系统的实际控制力矩；

卷扬机系统的电机根据实际控制力矩，对柔索进行驱动。

优选地，确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，包括：

构建在模拟柔索处于拉直状态下，卷扬机系统的动力学模型，其中动力学模型为以柔索的实际速度及柔索的目标速度值为自变量，卷扬机系统控制的柔索的末端力为因变量；

根据柔索控制的设备的运动参数，确定柔索的实际速度；

根据实际速度、柔索的目标速度值及动力学模型，确定卷扬机系统的柔性模拟力矩。

优选地，构建在模拟柔索处于拉直状态下，卷扬机系统的动力学模型，包括：构建在模拟柔索处于拉直状态下，卷扬机系统所控制的柔索的末端力计算模型，末端力计算模型为根据柔索的实际速度及柔索的目标速度进行建模获得；标定卷扬机系统的总摩擦力矩，卷扬机系统的总摩擦力矩为卷扬机电机的转速的一次函数；根据末端力计算模型、卷扬机系统的总摩擦力矩，构建卷扬机系统的动力学模型。

优选地，运动参数包括设备的位置坐标和偏移角度；将位置坐标和偏移角度带入逆运动学方程确定实际速度。

优选地，卷扬机系统的总摩擦力矩为根据最小二乘法拟合出的斜率和截距确定。

优选地，末端力计算模型为柔索的实际速度的三阶模型，公式如下：，其中，M为惯性系数，C为阻尼系数，K为刚度系数，V为柔索实际速度，Vr为柔索目标速度。

优选地，确定卷扬机系统的刚性模拟力矩，包括：构建在模拟柔索处于拉直状态下，卷扬机系统的柔索PID模型，其中柔索PID模型为根据柔索材质的应力应变特性，确定柔索PID模型中的参数，并根据柔索上的力传感器测得的实际拉力值反馈误差以进行调整；根据柔索PID模型，确定卷扬机系统的刚性模拟力矩。

优选地，根据柔索材质的应力应变特性确定柔索PID模型中的参数，包括：获得柔索对应材质的应变应力模型，应变应力模型包括柔性段、应变应力段和刚性段，其中柔性段的应力与应变关系呈线性相关，刚性段的应力随应变的变化而保持基本恒定，应变应力段为柔性段与刚性段之间的阶段；根据应变应力模型中的应变应力段，获得柔性PID模型中的比例调节系数Kp、积分调节系数Ki、微分调节系数Kd。

优选地，在应变应力段，以及柔性段、刚性段分别与应变应力段过渡时，获得力传感器测得的实际拉力值，通过实际拉力值与柔索拉伸的目标力值的差值反馈拉力误差大小，获得柔索PID模型。

本发明的实施方式还提供一种卷扬机系统对柔索的驱动装置，其包括存储器和一个或多个处理器，存储器中存储有可执行代码，一个或多个处理器执行可执行代码时，用于实现前述实施方式中卷扬机系统对柔索的驱动方法。

本发明的实施方式还提供一种索驱机器人，其包括卷扬机系统、柔索、机器人本体和前述实施方式中的卷扬机系统对柔索的驱动装置，其中，卷扬机系统用于控制机器人本体移动，驱动装置设于机器人本体上。

本发明利用柔性绳索既解决了钢索的重量问题，又能够提高带载，具有很好的实际应用前景。在实际应用中，将柔索的变化模拟成两种模型，对应变应力进行实时补偿，保证了柔索上的力产生的波动限制在一定范围内。具体将基于阻抗控制策略改进标定模型与PID算法结合，相当于一部分将柔索调节为刚体状态，另一部分调节柔索内部形变问题，使得柔索弹性形变量相对整个柔索而言相当小，既解决了柔索运动过程中拉力变化幅度大，无法进行稳定、精准调节的问题，又使柔索运动过程始终维持拉紧的状态。本发明提出的控制方法可以针对不同特性的柔索，根据柔索自身应力应变特性进行自适应调整，因而具有柔索材质的通用性。由于柔索材质算值的多样性，可以更好地针对负载的自重、使用环境、特殊需求进行选择，因此在工业应用中具有广泛的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的柔索卷扬机控制方法的模型框图；

图2是本发明实施例一提供的柔索获得拉直状态的示意图；

图3是本发明实施例一提供的柔索应变应力状态的示意图；

图4是本发明实施例一提供的柔索拉直状态下求解获得力矩的方法示意图；

图5中的（a）示出了一般PID模型用于柔索的误差抖动情况，图5中的（b）示出本发明实施例一提供的柔索柔性-刚化模糊模型用于柔索的误差抖动情况。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

本实施例提供一种卷扬机系统对柔索的驱动方法，具体流程框图如图1所示。具体提出了通过两种模型分别模拟柔索处于柔性和刚性的状态，并结合实际使用的情况，将两种状态进行结合以获得可以进行精准控制柔索的柔索柔性-刚化模糊模型。其中，第一种为基于阻抗控制策略改进标定模型，第二种为柔索PID模型。第一种模型对应是柔索未拉直前的状态，第二种模型是柔索拉直后的状态，这两种模型的过渡段刚好是柔索达到将要产生应变应力的状态，在此状态时，可以通过运动学模型将第一和第二种模型连接起来。

该卷扬机系统对柔索的驱动方法，具体包括：确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，其中，柔性模拟力矩为模拟卷扬机系统驱动柔索处于拉直状态下时，卷扬机系统的摩擦力矩，在拉直状态下，柔索内部的弹力大小基本为0；确定卷扬机系统的刚性模拟力矩，其中，刚性模拟力矩为柔索处于拉直状态下时，通过柔索的材质的应力应变特性确定；叠加柔性模拟力矩和刚性模拟力矩，获得卷扬机系统的实际控制力矩；卷扬机系统的电机根据实际控制力矩，对柔索进行驱动。

该控制方法实际主要包括两方面，如图2所示，第一方面通过理论解析和实际标定两种方法，构建第一模型——基于阻抗控制策略改进标定模型，即卷扬机系统的动力学模型，获得柔性模拟力矩，使卷扬机系统的电机通过该柔性模拟力矩控制柔索刚好达到拉直的状态。

模拟柔索处于拉直状态下，构建卷扬机系统的动力学模型柔性模拟力矩的计算方法具体采用第一模型，基于阻抗控制策略改进标定模型。具体而言，阻抗控制模型偏差函数关系在实际应用中通常采用二阶微分方程的形式，对于带柔索的多圈卷扬机来说，卷扬机上角速度、角加速度都是不一样的，但运动速度较小，可以认为短时间相邻时间段内，其运动速度相等。最后通过采集实际数据，利用最小二乘法得出模型的系数，以完成该模型的构建。此模型即为阻抗控制策略标定模型，构成了卷扬机系统的动力学模型。在应用该模型求解该力矩的方式分为5步完成：

步骤2.1：构建三阶阻抗控制策略改进标定模型：

常规二阶阻抗模型方程：。在常规二阶模型的基础上，构建了更符合实际的三阶模型：，其中，F(t)——柔索的末端力值，M——惯性系数，C——阻尼系数，K——刚度系数，q——柔索末端实际位置，q_r——柔索末端目标位置，V——柔索实际速度，V_r——柔索目标速度。

步骤2.2：获得卷扬机系统的总摩擦力矩：对该卷扬机系统的总摩擦力矩的标定方法为：

卷扬机系统的总摩擦力与电机的转速之间呈正相关，故可以将卷扬机系统的总摩擦力矩视为一个关于转速的一次函数，经过多组数据测试，采用最小二乘法拟合出斜率和截距，即可得到卷扬机系统的总摩擦力矩T_合的表达式。

步骤2.3：获得卷扬机系统的动力学模型：，其中，F(t)——柔索拉伸的目标力值，M——惯性系数，C——阻尼系数，K——刚度系数，V——柔索实际速度，V_r——柔索目标速度，其中，阻尼系数、刚度系数均为系统参数。模型系数M通过最小二乘法辨识出，具体以卷扬机系统的总摩擦力矩作为输入，速度作为输出，并进行多次实验，记录力矩与速度的数据，对力矩与速度进行函数拟合，对参数M进行最小二乘法辨识，获得完整的卷扬机系统的动力学模型。

步骤2.4：通过机器人运动学逆解方程，输入柔索控制的设备的位置信息和角度信息，得到柔索的位置和实际速度Vi，流程框图如图4所示。实际应用中，通过驱动机器人的绳索的位置和速度，可以通过机器人运动学方程获得机器人的位置和角度信息，因此，通过机器人运动学逆解方式，可以从检测经由柔索驱动的设备的位置和角度信息，带入机器人运动学方程，逆解获得驱动柔索的位置和速度信息。

步骤2.5：将步骤2.4中的柔索实际速度Vi，设定的柔索的目标速度值V_r、设定的柔索末端力值带入步骤2.3中获得的卷扬机系统的动力学模型，获得卷扬机系统的总摩擦力矩，即柔性模拟力矩，并以该柔性模拟力矩控制卷扬机系统的电机，对柔索进行驱动。

该柔索卷扬机控制方法的另一方面包括第二模型的构建：在PID模型的基础上，针对柔索拉直后的状态，考虑柔索自身材质的应变应力状态，对其形变方式进行模拟，构建柔索PID模型，以对柔索刚性状态的控制方式进行模拟。

如图3所示，第二模型采用PID调节。如果直接对绳索进行常规的PID调节，绳索由松变紧时会很大的震荡，而这个震荡并不是PID参数导致的，而是绳索自身属性造成的，所以直接对绳索上的力做PID调节很难达到预期的效果。将柔索柔性刚化模糊模型与PID算法结合，相当于一部分将柔索调节为刚体状态，另一部分调节柔索内部形变问题，使得柔索弹性形变量相对整个柔索而言相当小，既解决了柔索运动过程中拉力变化幅度大，无法进行稳定、精准调节的问题，又使柔索运动过程始终维持拉紧的状态。

构建柔索PID模型的方法具体包括：

步骤3.1：获得柔索对应材质的应变应力模型，应变应力模型通常分为柔性段、应变应力段和刚性段，其中柔性段的应力与应变呈线性相关，刚性段的应力随应变变化而保持基本恒定，应变应力段为柔性段与刚性段之间的阶段；柔索的应变应力模型构建了应变与应力之间的关系，其中横坐标表示应变，其与绳索长度变化量有关；纵坐标表示应力，与拉力大小有关。

柔索的应变应力分为三段：依次为柔性段、应变应力段和刚性段，其中柔性段：柔索初始状态应变应力为0，内部无力，应力增大，绳索应变显著增大，整体应力随着应变的增大而增大，呈现类似线性的变化；刚性段：柔索应变达到稳定，应变变大，柔索长度几乎无变化，若应力再继续增大，可能达到柔索的断裂点，该段中整体随着应变的增大，应力并未出现明显变化；而位于上述两段之间的应变应力段：绳索内部应力达到一定数值后，绳索应变缓慢增大，直到趋于平稳，达到平稳后，绳索长度几乎不变，此段的变化特征明显不同于柔性段段和刚性段，呈出现了非线性变化，不能通过简单的线性模型对其进行模拟。

步骤3.2：根据柔索材质的应变应力模型中的应变应力段，获得一般PID模型中的Kp、Ki、Kd，其中，Kp指比例调节系数、Ki指积分调节系数、Kd指微分调节系数；

步骤3.3：通过柔索上的力传感器实时反馈柔索的实际拉力值，对一般PID模型进行调整，以获得柔索PID模型。调整的方法具体是：在应变应力段，以及柔性段、刚性段与应变应力段过渡时，获得力传感器测得的实际拉力值，通过实际拉力值与柔索拉伸的目标力值的差值反馈拉力误差大小，以对PID模型进行调整。

应用柔索PID模型获得的刚性模拟力矩u(k)：

，其中，k是离散采样序号，e（k）是拉力误差，u(k)是目标拉力值。

图5中的（a）示出了一般PID模型用于柔索的误差抖动情况，图5中的（b）示出了柔索柔性-刚化模糊模型用于柔索的误差抖动情况，可以看出，在目标力值从0到1500N过程中，经过本发明中叠加柔性段和刚性段模拟的柔索柔性-刚化模糊模型，与一般PID模型相比，误差明显减小。

在实际使用中，一个卷扬系统中通常包含多个卷扬机，并分别对多根柔索进行驱动。在本发明提供的卷扬机系统对柔索的驱动方法中，可以对该多个卷扬机中的第i个卷扬机驱动的第i根柔索的实际速度Vi进行独立获取，进而获得该第i个卷扬机的柔性模拟力矩T_i柔。同时，在对应的第i个卷扬机驱动的第i根柔索上安装力传感器，通过对该i根柔索的应力应变模型进行分析，采用柔索PID模型，获得针对第i个卷扬机的刚性模拟力矩T_i刚,并最终获得该卷扬机系统的实际控制力矩T_i=T_i柔+T_i刚。

在另一实施例中，还可以选择对多个卷扬机进行分别控制，如n个，其中n小于等于卷扬系统中卷扬机的数量。通过分别对n个卷扬机驱动的柔索的实际速度V1、V2、…Vn进行独立获取，以获得上述n个卷扬机的柔性模拟力矩T_1柔、T_2柔、…T_n柔。同时，在对应的卷扬机驱动的柔索上安装力传感器，通过分别对该n根柔索的应力应变模型进行分析，采用柔索PID模型，获得针对上述n个卷扬机的刚性模拟力矩T_1刚、T_2刚、…T_n刚，并分别获得该卷扬机系统的实际控制力矩T_i=T_i柔+T_i刚，其中i为1，2，…，n。

进一步，由于在多个卷扬机构成的卷扬系统中，对单根柔索连接的卷扬机系统的实际控制力矩的控制都是独立进行的，因此，可以在该卷扬系统驱动的多根柔索中选择由多种材质组成的柔索，以满足对驱动负载的多样化需求。

进一步，在多个卷扬机构成的卷扬系统中，存在至少一个未通过本发明公开的柔索卷扬机控制方法进行控制的卷扬机电机，该未通过本发明公开的柔索卷扬机控制方法进行控制的卷扬机电机可以驱动传统的钢索等刚性绳索。该实施例中，卷扬系统中进一步混合了钢索和柔索，整个系统的适用范围进一步提升。

本发明利用柔性绳索既解决了钢索的重量问题，又能够提高带载，具有很好的实际应用前景。在实际应用中，将柔索的变化模拟成两种模型，对应变应力进行实时补偿，保证了柔索上的力产生的波动限制在一定范围内。本发明提出的驱动方法可以针对不同特性的柔索，根据柔索自身应力应变特性进行调整，因而具有柔索材质的通用性。由于柔索材质算值的多样性，可以更好地针对负载的自重、使用环境、特殊需求进行选择，因此在工业应用中具有广泛的适用性。

实施例二

本实施例提供一种卷扬机系统对柔索的驱动装置，其包括：存储器和一个或多个处理器，存储器中存储有可执行代码，一个或多个处理器执行可执行代码时，用于实现实施例一中示出卷扬机系统对柔索的驱动方法。

卷扬机系统对柔索的驱动装置具体包括：

柔性模拟模块，用以处理并输出柔性模拟力矩；

刚性模拟模块，用以处理并输出刚性模拟力矩；

执行模块，其用于获得并叠加柔性模拟力矩和刚性模拟力矩，并将叠加值输出至卷扬机电机以对其进行控制。

该柔性模拟模块获得柔性模拟力矩的方法包括：在卷扬机的柔索运动过程中，控制卷扬机电机的达到柔性模拟力矩，使得柔索处于拉直状态，其中，在拉直状态下，柔索内部的弹力大小基本为0。

该刚性模拟模块获得刚性模拟力矩的方法包括：在柔索处于拉直状态下，根据柔索的材质的应力应变特性，采用柔索PID模型得出卷扬机电机的刚性模拟力矩；

该执行模块叠加柔性模拟力矩和刚性模拟力矩获得控制卷扬机系统的实际力矩，并将该实际力矩值输出至该卷扬机系统的电机。

进一步，该刚性模拟模块还包括安装在柔索上的力传感器，用以获得柔索的实际拉力值。

在实际使用中，一个卷扬系统中通常包含多个卷扬机，并分别对多根柔索进行驱动。在本发明提供的柔索卷扬机的控制装置中，通过柔性模拟模块对该多个卷扬机中的第i个卷扬机的驱动的第i根柔索拉伸至拉直状态，并获得处于该拉直状态的实际速度Vi，进而获得该第i个卷扬机的柔性模拟力矩T_i柔。同时，在对应的第i个卷扬机驱动的第i根柔索上安装力传感器，通过刚性模拟模块对对该i根柔索的应力应变模型进行分析，采用柔索PID模型获得针对第i个卷扬机的刚性模拟力矩T_i刚。并将柔性模拟力矩T_i柔和刚性模拟力矩T_i刚输入执行模块，最终获得该卷扬机系统的实际控制力矩T_i=T_i柔+T_i刚，并将该卷扬机系统的实际控制力矩T_i输出至第i个卷扬机电机以对其进行控制。

在另一实施例中，还可以选择对多个卷扬机进行分别控制，如对n个卷扬机，其中n小于等于卷扬系统中卷扬机的数量。通过分别对n个卷扬机驱动的柔索的实际速度V1、V2、…Vn进行独立获取，以获得上述n个卷扬机的柔性模拟力矩T_1柔、T_2柔、…T_n柔。同时，在对应的卷扬机驱动的柔索上安装力传感器，通过分别对该n根柔索的应力应变模型进行分析，获得针对上述n个卷扬机的刚性模拟力矩T_1刚、T_2刚、…T_n刚，并分别获得该卷扬机系统的实际控制力矩T_i=T_i柔+T_i刚，其中i为1，2，…，n，并通过该实际控制力矩分别对对应的卷扬机进行驱动控制。

进一步，由于在多个卷扬机构成的卷扬系统中，对单根柔索连接的电机的力矩控制都是独立进行的，因此，可以在该卷扬系统驱动的多根柔索中选择由多种材质组成的柔索，以满足对驱动负载的多样化需求。

进一步，在多个卷扬机构成的卷扬系统中，存在至少一个未与本发明公开的柔索卷扬机控制装置进行连接的卷扬机电机，该未与本发明公开的柔索卷扬机控制装置进行连接的卷扬机电机可以驱动传统的钢索等刚性绳索。该实施例中，卷扬系统中进一步混合了钢索和柔索，整个系统的适用范围进一步提升。

本实施例提供的柔索卷扬机的控制装置可以获得柔性绳索的高精度控制，以满足工业使用的需要。

不难发现，本实施方式为与实施方式一相对应的装置实施方式，本实施方式可与实施方式一相互配合实施。实施方式一中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用于实施例一中。

实施例三

本实施例提供一种索驱机器人，包括卷扬机系统、柔索、机器人本体和实施例二中的卷扬机系统对柔索的驱动装置，其中，卷扬机系统用于控制机器人本体移动，驱动装置设于机器人本体上。通过上述设置，可以提高索驱机器人的控制精度。

本实施例提供的索驱机器人不限于于具体的机器人类型，在实际使用中，可以通过索驱机器人的实际情况，如实际应用环境、尺寸、自重或特殊的需求等，选择合适的柔索材质，并通过具体的柔索材质获得对应的准确控制模型，从而满足多种索驱机器人的实际需要。

不难发现，本实施方式为与实施方式二相对应的系统应用实施方式，本实施方式可与实施方式二相互配合实施。实施方式二中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用于实施例二中。

为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。这些描述并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可行的。另外，当在本文中用于指部件的位置时，上文和下文的术语或它们的同义词不一定指相对于外部参照的绝对位置，而是指部件的参考附图的相对位置。

此外，前述附图和描述包括许多概念和特征，其可以多种方式组合以实现多种有益效果和优点。因此，可组合来自各种不同附图的特征，部件，元件和/或概念，以产生未必在本说明书中示出或描述的实施方案或实施方式。此外，在任何特定实施方案和/或实施方式中，不一定需要具体附图或说明中所示的所有特征，部件，元件和/或概念。应当理解，此类实施方案和/或实施方式落入本说明书的范围。

Claims (10)

1.一种卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括：

确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，其中，所述柔性模拟力矩为模拟所述卷扬机系统驱动柔索处于拉直状态下时，所述卷扬机系统的摩擦力矩，在所述拉直状态下，所述柔索内部的弹力大小基本为0；

确定所述卷扬机系统的刚性模拟力矩，其中，所述刚性模拟力矩为所述柔索处于所述拉直状态下时，通过所述柔索的材质的应力应变特性确定；

叠加所述柔性模拟力矩和所述刚性模拟力矩，获得所述卷扬机系统的实际控制力矩；

所述卷扬机系统的电机根据所述实际控制力矩，对所述柔索进行驱动；

其中，所述确定卷扬机系统的柔性模拟力矩，包括：

构建在模拟所述柔索处于拉直状态下，所述卷扬机系统的动力学模型，其中所述动力学模型为以所述柔索的实际速度及柔索的目标速度值为自变量，所述卷扬机系统控制的柔索的末端力为因变量；

根据所述柔索控制的设备的运动参数，确定所述柔索的实际速度；

根据所述实际速度及所述动力学模型，确定所述卷扬机系统的柔性模拟力矩。

2.根据权利要求1所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述构建在模拟所述柔索处于拉直状态下，所述卷扬机系统的动力学模型，包括：

构建在模拟所述柔索处于拉直状态下，所述卷扬机系统所控制的柔索的末端力计算模型，所述末端力计算模型为根据所述柔索的实际速度及所述柔索的目标速度进行建模获得；

标定所述卷扬机系统的总摩擦力矩，所述卷扬机系统的总摩擦力矩为卷扬机电机转速的一次函数；

根据所述末端力计算模型、所述卷扬机系统的总摩擦力矩，构建所述卷扬机系统的动力学模型。

3.根据权利要求1所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述运动参数包括所述设备的位置坐标和偏移角度；将所述位置坐标和所述偏移角度带入逆运动学方程确定所述实际速度。

4.根据权利要求2所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述卷扬机系统的总摩擦力矩为根据最小二乘法拟合出的斜率和截距确定。

5.根据权利要求2所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述末端力计算模型为所述柔索的实际速度的三阶模型，公式如下：

，其中，M为惯性系数，C为阻尼系数，K为刚度系数，V为柔索实际速度，Vr为柔索目标速度。

6.根据权利要求1所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，确定所述卷扬机系统的刚性模拟力矩，包括：

构建在模拟所述柔索处于拉直状态下，所述卷扬机系统的柔索PID模型，其中所述柔索PID模型为根据所述柔索材质的应力应变特性，确定所述柔索PID模型中的参数，并根据所述柔索上的力传感器测得的实际拉力值反馈误差以进行调整；

根据所述柔索PID模型，确定所述卷扬机系统的所述刚性模拟力矩。

7.根据权利要求6所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，所述根据所述柔索材质的应力应变特性确定所述柔索PID模型中的参数，包括：

获得所述柔索对应材质的应变应力模型，所述应变应力模型包括柔性段、应变应力段和刚性段，其中所述柔性段的应力与应变关系呈线性相关，所述刚性段的应力随应变的变化而保持基本恒定，所述应变应力段为柔性段与刚性段之间的阶段；

根据所述应变应力模型中的所述应变应力段，获得所述柔性PID模型中的比例调节系数Kp、积分调节系数Ki、微分调节系数Kd。

8.根据权利要求7所述的卷扬机系统对柔索的驱动方法，其特征在于，在所述应变应力段，以及所述柔性段、所述刚性段分别与所述应变应力段过渡时，获得所述力传感器测得的实际拉力值，通过所述实际拉力值与所述柔索拉伸的目标力值的差值反馈拉力误差大小，获得所述柔索PID模型。

9.一种卷扬机系统对柔索的驱动装置，其特征在于，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现权利要求1-8中任一项的所述卷扬机系统对柔索的驱动方法。

10.一种索驱机器人，其特征在于，包括卷扬机系统、柔索、机器人本体和权利要求9所述的卷扬机系统对柔索的驱动装置，其中，所述卷扬机系统用于控制所述机器人本体移动，所述驱动装置设于所述机器人本体上。

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