[发明专利]待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置

说明书

本发明公开了一种待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置；其中的方法包括：在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，测量机械臂各臂节的角动量及航天器的角动量；产生待辨识目标的质量和质心位置，并利用多组角动量、当前产生的辨识目标的质量及质心位置根据预设的运动学模型计算获得待辨识目标的多个转动惯量；根据当前获得的多个转动惯量评估待辨识目标的当前转动惯量误差，在误差不符合预定误差要求时，返回产生并计算过程，否则，将当前计算获得的转动惯量、当前产生的待辨识目标的质量及质心位置作为待辨识目标的转动惯量、质量以及质心位置。本发明节约了航天器宝贵的燃料，提高了待辨识目标的惯性参数辨识精度且具有较理想的泛用性。

技术领域

本发明涉及空间机器人技术，具体涉及一种待辨识目标的惯性参数辨识方法以及待辨识目标的惯性参数辨识装置。

背景技术

卫星等航天器中通常设置有多臂节的机械臂，在航天器的在轨运行过程中，往往会出现利用机械臂来抓取未知目标(也可以称为非合作目标或者待辨识目标)的需求；这里的未知目标是指质量、质心位置以及转动惯量等惯性参数未知(如部分未知或者全部未知)的目标。

在控制机械臂抓取未知目标的过程中，应准确及时的辨识出未知目标的惯性参数，否则，未知目标的抓取会使航天器的质量分布发生不可预知的变化，从而会给后续的机械臂操作路径的规划带来一定的困难。

目前，对未知目标的惯性参数的辨识方法主要包括如下三种：

方法一、在利用助推器对未知目标施加外力的同时，测量航天器(如卫星)姿态的角加速度信号以及力矩信息，之后，利用测量获得的角加速度信号和力矩信息来求解牛顿-欧拉运动方程，从而根据求解结果获得未知目标的惯性参数。

方法二、在机械臂抓取到未知目标时，驱动机械臂的臂节转动，并测量臂节转动前后航天器的姿态变化以及位置变化信息，然后，利用测量获得的姿态变化以及位置变化信息基于动量和角动量守恒定律计算出未知目标的惯性参数。

方法三、建立样本库(如利用运动学仿真建立样本库)，并利用样本库中的各样本对多层前向神经网络进行训练；在机械臂抓取未知目标时，利用前述训练好的多层前向神经网络来辨识未知目标的惯性参数。

发明人在实现本发明过程中发现：

上述方法一由于需要利用助推器来推动未知目标，因此会消耗航天器的燃料；另外，由于目前的角加速度信号和力矩信息的测量精度较低，导致利用方法一所获得的惯性参数的精度较低；

上述方法二由于需要足够数量的方程才能够求解出惯性参数，因此，需要多次驱动臂节进行运动，惯性参数辨识过程较复杂；另外，由于方法二需要获取角动量和线动量，而在目前线动量测量精度较低的情况下，方法二所获得的惯性参数的精度较低；

上述方法三由于其惯性参数识别建立在样本库的基础上，从而使可辨识的未知目标的范围受到限制，即该方法的泛用性较差；另外，在机械臂臂节自由度较高以及样本较多等情况下，多层前向神经网络的设计难度以及训练难度均较高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置。

依据本发明的其中一个方面，提供了一种待辨识目标的惯性参数辨识方法，该方法主要包括：设置有基于多刚体系统的角动量守恒原理而建立的求解待辨识目标的转动惯量的运动学模型，且所述方法包括下述步骤：

测量步骤：在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，分别测量机械臂各臂节的角动量以及安装有机械臂的航天器的角动量，其中，所述多个时刻分别对应的机械臂各臂节的角动量以及机械臂所在航天器的角动量被划分为多组角动量，且一组角动量通常包括多不同时刻对应的机械臂各臂节的角动量以及机械臂所在航天器的角动量；