[發明專利]空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法

有效

• 申請號: 201710861285.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107520844B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 羅建軍;許若男;王明明;袁建平;朱戰霞;羅成
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

1.一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，包括如下步驟，

步驟1，建立空間機械臂的動力學模型；動力學模型包括運動學方程與動力學方程；

步驟2，將空間機械臂的末端表示為多個多面體的組合，將非合作目標表示為一個多面體；依次將表示空間機械臂末端的多個多面體對表示非合作目標的一個多面體進行碰撞檢測，檢測兩個不同多面體是否碰撞；若無碰撞則重復步驟2，若有碰撞則檢測兩個不同多面體的碰撞交點；

步驟3，根據兩個不同多面體的碰撞交點，通過非線性阻尼模型對空間機械臂抓捕非合作目標過程中的碰撞力進行求解，得到的碰撞力如下式所示，

其中，γ是碰撞的載荷系數，E^*為材料常數，A'是接觸面積，τ′_max是接觸面的形狀系數，δ_max是接觸面最大的法向面變形，b'＝b/k，b和k分別為阻尼系數和接觸剛度，是碰撞速度；

步驟4，將求解得到的碰撞力代入到空間機械臂的動力學方程中得到抓捕過程中的碰撞響應。

2.根據權利要求1所述的一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，步驟1中，采用空間向量法建立空間機械臂的動力學模型。

3.根據權利要求2所述的一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，步驟1中，所述的空間機械臂包括依次連接基座、關節和末端執行器，基座為自由漂浮狀態；

則空間機械臂的運動學方程為，

其中，J_g為空間機械臂的廣義雅克比矩陣，包含基座的速度、角速度及各關節速度，代表末端執行器的速度；

則空間機械臂的動力學方程為，

其中，和H分別為基座和機械臂的廣義慣性矩陣，F為基座與機械臂的耦合慣性矩陣，a₀和分別代表基座和關節的加速度；和C代表廣義基力，τ為關節的廣義力。

4.根據權利要求1所述的一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，步驟2中，碰撞檢測時，按采樣時間離散計算每一時刻兩個多面體是否有交集；若無交集，則兩剛體不發生碰撞，若存在交集，則計算交點位置，得到碰撞的接觸面積及嵌入深度。

5.根據權利要求1所述的一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，材料常數E^*由碰撞體的特性決定，表示如下式，

其中，E₁,v₁,E₂,v₂分別為空間機械臂和非合作目標的楊氏模量與泊松比。

6.根據權利要求1所述的一種空間機械臂抓捕非合作目標的多面體碰撞動力學分析方法，其特征在于，步驟4中，根據對碰撞響應的分析判斷碰撞對空間機械臂本身和目標的作用，設置控制器，更好的完成對目標的抓捕。