[发明专利]一种评估多臂空间机器人的动力学可操作度方法

摘要

本发明涉及一种评估多臂空间机器人的动力学可操作度方法，建立开环多臂空间机器人及其与所抓捕目标组成的闭环系统的动力学方程；推导动力学可操作度表达式；提出动力学可操作度的衡量方法；最后分析了不同因素对动力学可操作度的影响。有益效果是：提出了一种多臂空间机器人动力学可操作度研究方法。分别针对开环多臂空间机器人与闭环系统建立并推导了动力学操作关系式，在此基础上提出动力学操作椭球和动力学操作因子分别作为衡量动力学可操作度的几何和数值手段。对轨迹规划及控制具有重要参考意义。

主权项

1.一种评估多臂空间机器人的动力学可操作度方法，其特征在于步骤如下：步骤1、建立开、闭环系统动力学方程：开环空间机器人动力学方程：分解为基座和机械臂的形式：其中为空间机器人惯量矩阵，包含基座项H_b、机械臂项H_m以及二者的耦合项H_bm；为空间机器人广义速度，包括基座空间速度为和关节速度q；为偏差力，分为基座项C_b和机械臂项C_m；为作用于机器人系统的力，由基座所受外力F_b和关节扭矩τ组成，对于自由漂浮空间机器人，F_b为零；为机械臂末端Jacobian矩阵，由基座项J_eb和机械臂项J_em组成；为机械臂末端施加于外界的力；闭环空间机器人动力学方程：其中I_t为目标广义惯量，其中和为目标的Jacobian矩阵和空间速度；步骤2、动力学可操作度表达式推导：开环系统表达式：其中表示机械臂末端加速度与关节扭矩的关联矩阵；则表示末端偏差加速度项，源于科氏加速度和离心加速度；所述闭环系统表达式：其中分别为目标加速度操作关联矩阵及目标偏差加速度；所述步骤3、动力学可操作度的衡量：动力学操作椭球：其中下标(·)为开环系统中的e或闭环系统中的t；L_τ＝diag(|τ_1max,|τ_2max,…,|τ_N|_max)为各关节扭矩最大值组成的对角规范矩阵，为规范化后的关节扭矩；该式在几何上表示一个球心位于b_(·)处的椭球，即动力学操作椭球；动力学操作因子：无偏差情况下v(·)＝σ1(Ma(·))σ2(Ma(·))…σr(Ma(·))＝det(Σ(Ma(·)))其中σi(Ma(·)),i＝1,…,r为Ma(·)的非零奇异值，Σ＝diag(σ1,σ2,…,σr)∈Rr×r为Ma(·)的所有非零奇异值构成的对角矩阵，r为Ma(·)的秩；有偏差情况下其中为偏差因子，p_(·)表示在椭球原点坐标系中的偏差加速度。