[發(fā)明專利]基于奇異值分解的并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910409939.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN110110469A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁亞東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 丁亞東
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了基于奇異值分解的并聯(lián)工機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，針對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)多，可辨識(shí)的觀測(cè)矩陣難以通過解析法求解，采用奇異值法把觀測(cè)矩陣簡(jiǎn)化為一個(gè)可辨識(shí)的矩陣。通過設(shè)計(jì)激勵(lì)軌跡來得到參數(shù)辨識(shí)過程中所需的數(shù)據(jù)，使用最小二乘法來對(duì)觀測(cè)矩陣進(jìn)行估計(jì)，從而估計(jì)出機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。本方法通用性強(qiáng)，計(jì)算方便，可以很好的實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于奇異值分解的并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

近年來，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于噴涂、焊接、裝配和碼垛等領(lǐng)域。隨著機(jī)器人向高速、高精度的方向發(fā)展，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制精度提出了更高的要求。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人控制器忽略了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的非線性因素，降低了軌跡的跟蹤精度。基于動(dòng)力學(xué)模型的控制技術(shù)可以補(bǔ)償這些非線性因素，從而提高了機(jī)器人控制精度。因此，要求精確的辨識(shí)出機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。通常，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)過程包括機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模、激勵(lì)軌跡的設(shè)計(jì)和優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集和處理、參數(shù)估計(jì)和模型驗(yàn)證

對(duì)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索后發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利號(hào)：CN109062051A，名稱：一種提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)精度的方法，該專利主要針對(duì)辨識(shí)過程中的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了改進(jìn)。中國(guó)專利號(hào)：CN106125548A，名稱：工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，該專利主要描述串聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)過程。和串聯(lián)機(jī)器人不同，并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性給參數(shù)辨識(shí)帶來了很大的困難，目前，大多的研究是針對(duì)特定結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了辨識(shí)驗(yàn)證，通常，只得到并聯(lián)機(jī)器人的部分慣性參數(shù)。

因此，針對(duì)并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)，提出了一種新的方法以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法的缺陷。為此，提出了基于奇異值分解的并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于奇異值分解的并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法，包括：

S1、建立并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，通過奇異值分解法得到滿秩可辨識(shí)的觀測(cè)矩陣。

S2、設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)激勵(lì)軌跡，用以組建觀測(cè)矩陣所需的數(shù)據(jù)。

S3、采集激勵(lì)軌跡對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角和關(guān)節(jié)力矩相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。

S4、使用最小二乘法對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到參數(shù)的估計(jì)值。

S5、對(duì)并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

進(jìn)一步的，所述動(dòng)力學(xué)模型為：

其中，q，是關(guān)節(jié)角、速度和加速度；τ是驅(qū)動(dòng)力矩；Θ_All是完整的觀測(cè)矩陣，β_All是全部的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

進(jìn)一步的，所述奇異值數(shù)值分解法可以把Θ_All寫成：

Θ_All＝U∑_AllV^T

其中，U是酉矩陣，∑_All是半正定的對(duì)角矩陣，而V^T是酉矩陣，即V的共軛轉(zhuǎn)置。∑對(duì)角線上的元素就是矩陣Θ_All奇異值，通過判斷奇異值的大小，可以把∑_All寫成：

其中，∑是線性無關(guān)的矩陣。

這樣就可以確定矩陣Θ_All的秩，從而可以求出一組可辨識(shí)的最小慣性參數(shù)，得到：

τ＝Θβ