一种柔性机构控制方法、计算机装置及探测装置

技术特征：
1.一种柔性机构控制方法，所述柔性机构包括1型二阶张拉整体，所述张拉整体包括6根刚性杆、6根刚性索及与18根弹性索，所述6根刚性杆包括3根上层刚性杆和3根下层刚性杆，其特征在于，所述控制方法包括：根据所述刚性杆与刚性索之间的偏转角度，建立广义坐标系，在所述广义坐标系下，分别求解所述弹性索的长度；将外荷载施加在所述张拉整体的节点上，对所述弹性索的长度在广义坐标下求偏导，得到所述弹性索长度变化在广义坐标下的位移分量，根据所述位移分量计算所述弹性索内部张力所做的虚功；以所述弹性索内部张力所做虚功与外载荷所做虚功之和为零，建立所述张拉整体的平衡方程；将所述平衡方程转化为存在冗余方程的非线性方程组，以展开的期望路径为约束，采用优化算法，求解所述非线性方程组，得到所述弹性索内部张力以及上层刚性杆和下层刚性杆的重叠高度；以所述张力、重叠高度及弹性索的静息长度之间满足胡克定律，建立等式关系，求解所述弹性索的静息长度，用所述弹性索的静息长度控制所述张拉整体的展开。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将所述平衡方程转化为存在冗余方程的非线性方程组包括：以所述张拉整体的总高度大于0及所述重叠高度大于0为约束条件，固定所述6根对角索的张力取值，将所述平衡方程转换为存在冗余方程的非线性方程组。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述优化算法为l-m算法。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述平衡方程为：a(q)t w(q)f＝0，其中其中，a为平衡矩阵，w为外荷载矩阵，t为弹性索内部张力向量，f为外荷载向量，l
j
是第j根弹性索长度，x
j
是第j个节点自由度，q
i
是第i个广义坐标，i＝1,2,3，
……
，18，s、v、d分别表示6根腰部索、6根垂直索及6根对角索的长度。5.根据权利要求1-4任意一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：以力密度法写出展开后的张拉整体每个节点的力平衡方程；在外载荷的作用下，以所述每个节点的内力平衡为目标函数，以所述张拉整体顶部重心轨迹的期望路径及节点位置的形状约束为几何约束，采用优化算法，求解所述每个节点的力密度和坐标；将所述力密度带入力密度与张力之间的比例关系式中，得到所述弹性索旋转过程中的张力，根据所述坐标求得弹性索旋转过程中的长度；将所述张力、长度代入胡克定律，得到所述弹性索的静息长度，用所述弹性索的静息长度控制所述张拉整体的旋转。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述平衡方程与目标函数之间满足：其中，m表示张拉整体中位置向量与单元向量之间的映射矩阵，p表示位置向量，
为力密度矩阵，λ
i
表示每个节点处的力密度，n
e
表示任意一根刚性杆、刚性索或弹性索，且||λ||＞0，f为外荷载向量，表示节点位置的形状约束。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述优化算法为迭代非线性优化算法。8.一种计算机装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序，以实现权利要求1～7之一所述方法的步骤。9.一种探测装置，其特征在于，包括视觉模块和柔性机构，所述视觉模块设置在所述柔性机构上，所述柔性机构通过权利要求1-7之一所述方法进行控制。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述视觉模块为双目相机，所述双目相机的探测过程包括：所述双目相机收集含有待检测目标的图片数据，将所述数据分为训练集及验证集；用所述训练集及验证集对ssd-mobilenet网络模型进行训练，得到训练好的网络模型；用预先标定的双目相机参数矫正左目与右目图像，得到矫正后的图像，将所述矫正后的图像输入所述训练好的网络模型中，进行识别；采用立体匹配算法生成视差图，根据所述视差图计算矫正后的图像中每个像素点对应的坐标，得到目标至双目相机的距离，实现探测。

技术总结
本发明公开了一种柔性机构控制方法、计算机装置及探测装置，属于机器视觉与柔性机械装置领域。控制方法包括：将外荷载施加在张拉整体的结构节点上，建立张拉整体的平衡方程，基于展开控制的期望路径采用优化算法，求解平衡方程，得到弹性索的静息长度，用弹性索的静息长度完成展开控制过程。还提供了一种计算机装置及探测装置，本发明实现了张拉整体的展开控制和旋转控制，相比现有技术的动力学控制方式或者机器学习方式，具有计算量小、精度高的优点，同时还实现了将张拉整体应用在无人机载探测领域，并能够根据规划的路径，实现复杂环境的探测，环境适应度更高。环境适应度更高。环境适应度更高。


技术研发人员：江雯 李心怡 张谋 易家标 王梦月 李鹏飞 王鹏 薛云朝
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.05.10
技术公布日：2022/9/6