[发明专利]履带式移动机械手的广义系统统一动力学建模方法

摘要

本发明公开了一种履带式移动机械手的广义系统统一动力学建模方法。其核心包括：利用绝对坐标计算履带式移动机械手的动能和势能；运用机器人的拉格朗日动力学方法对履带式移动机械手进行了统一的动力学建模；由于移动机械手是一个复杂的系统，且移动平台具有非完整约束，因此将上述模型改写为广义系统下的统一动力学模型，应用广义系统的控制理论对其进行研究。本发明避免了以往研究移动式机器人时对移动平台和机械手分别建模，分别控制而忽略其耦合和相互影响所带来的误差，同时理论性强，思路清晰，编程容易实现，达到了对这类移动机械手精确控制的目的。

主权项

1、一种履带式移动机械手的广义系统统一动力学建模方法，其特征在于该方法包括：第一、归纳移动机械手的结构模型，即按照传统的方法提取待研究的移动机械手的主要特征，得出其结构图，并将其放入绝对坐标系中；第二、确定各个关节的质心绝对坐标(x_ci，y_ci，z_ci)；第三、计算整个系统的动能K=Σi=0n(12mivi2+12liωi2)]]>其中，用0表示履带式移动平台的参数；i＝1-n分别表示机械手的n个关节，I为第i关节的转动惯量；Ω_i为第i关节的角速度，v_i为第i关节的质心绝对线速度，即vi2=x·ci2+y·ci2+z·ci2]]>对履带式移动平台，设其质心坐标为x_F，y_F，则：xF·=(kKr2cosθP-rKrlF2bsinθP)θL·+(rKl2cosθP+rKllF2bsinθP)θR·yF·=(rKr2sinθP+rKrlF2bcosθP)θL·+(rKl2sinθP-rKllF2bcosθP)θR·]]>k_l，k_r分别表示左右履带相对于地面实际位移滑动参数，这两个参数的目的是为了引入对履带-地面之间相互作用的一个估计；第四、计算势能P=Σi=1nmigzci;]]>第五、计算拉格朗日函数L＝K-P；第六、编程实现Ti=∂∂t(∂L∂θ·i)-∂L∂θi;]]>第七、建立广义系统模型(1)、step6等式右边整理可得：Mq··+Vq·+G(q)=T]]>其中q＝(x_F，y_F，θ_P，θ₁，θ₂，θ₃，θ₄).，q·=(xF·,yF·,θP·,θ1·,θ2·,θ3·,θ4·)]]>K=12q·TMq·,]]>V(q,q·)=(M·+12q·∂M∂q),]]>G(q)=∂P∂p]]>(2)、将2整理为q··=M-1T-M-1Vq·-M-1G]]>(3)、考虑非完整约束xF·sinθP-yF·cosθP-lFθP·=0]]>建立广义系统模型EX·=f(x)+g(x)T]]>其中：x1=qx2=q·,]]>E=I7I7015×15]]>f(x)=x2M-1[Vx2-G(x1)h(x1,x2)15×1,]]>g(z)=0M-1B015×1.]]>