[發(fā)明專利]基于隨機(jī)數(shù)的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)集的計(jì)算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010854346.3
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111975779A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧劍偉;陳新法;朱漢子;任遠(yuǎn)凱;楊凡;韓建輝;陳佳楓;錢鈞;曹劍;董方方
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發(fā)明公開了一種基于隨機(jī)數(shù)的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)集的計(jì)算方法，其步驟是：1、利用隨機(jī)數(shù)模擬機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)，2、設(shè)計(jì)變換矩陣對動力學(xué)參數(shù)的回歸矩陣進(jìn)行列變換，3、分析回歸矩陣各列的獨(dú)立性和相關(guān)性，4、計(jì)算求解多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的最小動力學(xué)參數(shù)集合。本發(fā)明能夠在較短的時(shí)間確定多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的最小動力學(xué)參數(shù)集，獲取的最小動力學(xué)參數(shù)集準(zhǔn)確、有效，具有較好的辨識性，從而為進(jìn)一步提升多關(guān)節(jié)機(jī)械臂動力學(xué)性能奠定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于隨機(jī)數(shù)的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)集的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著機(jī)械臂應(yīng)用領(lǐng)域的增加，高速高精度是機(jī)械臂追求的重要技術(shù)性能，全面掌握其動力學(xué)性能并進(jìn)行精準(zhǔn)控制是高性能機(jī)械臂研發(fā)的關(guān)鍵。其中，機(jī)械臂動力學(xué)參數(shù)的辨識是掌握其動力學(xué)行性能并進(jìn)行控制的重要前提。但多關(guān)節(jié)機(jī)械臂動力學(xué)模型自身較為復(fù)雜，不是所有的參數(shù)都能夠被辨識出來。因此，從標(biāo)準(zhǔn)動力學(xué)參數(shù)中篩選確定最小動力學(xué)參數(shù)集，不僅可以降低動力學(xué)參數(shù)辨識的復(fù)雜度，還可以提高基于動力學(xué)模型的機(jī)械臂控制的快速性和魯棒性。

國外部分研究人員較早開始關(guān)注多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)的集合問題。在確定最小動力學(xué)參數(shù)集的眾多方法中，常用思路是：將動力學(xué)參數(shù)融入機(jī)械臂動力學(xué)模型中構(gòu)建新的公式，利用遞歸的閉環(huán)關(guān)系法求解所需的動力學(xué)參數(shù)組合；通過對機(jī)械臂動力學(xué)參數(shù)回歸矩陣的分析，總結(jié)相應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)組合規(guī)則，并根據(jù)機(jī)械臂關(guān)節(jié)間的運(yùn)動關(guān)系，按照組合規(guī)則確定最小動力學(xué)參數(shù)集。但是上述獲得最小動力學(xué)參數(shù)集的方法還有所不足，表現(xiàn)在：一方面需要較長時(shí)間分析動力學(xué)參數(shù)的回歸矩陣確定動力學(xué)參數(shù)的組合關(guān)系；另一方面在實(shí)際應(yīng)用過程中根據(jù)組合規(guī)則確定最小參數(shù)集的過程繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種基于隨機(jī)數(shù)的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)集的計(jì)算方法，以期能夠在較短的時(shí)間確定多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的最小動力學(xué)參數(shù)集，并使得獲取的最小動力學(xué)參數(shù)集準(zhǔn)確、有效，具有較好的辨識性，從而為進(jìn)一步提升多關(guān)節(jié)機(jī)械臂動力學(xué)性能奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種基于隨機(jī)數(shù)的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂最小動力學(xué)參數(shù)集的計(jì)算方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：

步驟1、運(yùn)用牛頓-歐拉法建立多關(guān)節(jié)機(jī)械臂的動力學(xué)模型，線性化處理所述動力學(xué)模型中的非線性項(xiàng)，獲得所述多關(guān)節(jié)機(jī)械臂線性化的動力學(xué)模型；

步驟2、求解列變換旋轉(zhuǎn)矩陣；

步驟2.1根據(jù)所述多關(guān)節(jié)機(jī)械臂線性化的動力學(xué)模型，設(shè)定n個(gè)采集點(diǎn)的廣義觀測矩陣函數(shù)；

步驟2.2、生成一組隨機(jī)數(shù)用于模擬機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)，從而建立隨機(jī)廣義觀測矩陣ψ_random，且所述隨機(jī)廣義觀測矩陣為非列滿秩矩陣；

步驟2.3、對所述隨機(jī)廣義觀測矩陣ψ_random進(jìn)行QR分解，得到第一Q矩陣和第一R矩陣，利用式(1)構(gòu)造列變換原始向量Θ：

式(1)中，為所述第一R矩陣對角線值為零的列位置，為所述第一矩陣對角線值為非零的列位置；

步驟2.4、定義列變換單位向量集合[E₁,E₂,…,E_i,…,E_m]；E_i為第i個(gè)元素為“1”，其他元素均為“0”的一個(gè)列變換單位向量；

步驟2.5、利用式(2)求解所述隨機(jī)廣義矩陣的列變換旋轉(zhuǎn)矩陣p：

p＝[E_Θ1 E_Θ2 ... E_Θi ... E_Θm] (2)