[發明專利]基于機械臂的觀測矩陣求解方法及動力學參數獲取方法

在審

• 申請號: 202310232433.9
• 申請日: 2023-03-13
• 公開（公告）號: CN116079742A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 劉振;邵超;程干;黃琦
• 申請（專利權）人: 合肥合濱智能機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 柯凱敏

1.一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于包括以下步驟：

S1，建立機械臂動力學模型，獲得各關節的力矩；

S2，確定機械臂動力學模型的各關節的類型與臂構型，根據關節類型與臂構型先行確定該型號機械臂動力學最小參數的個數，然后再確定最小參數集元素組成，并根據遞推公式推導并獲得各關節的最小參數集；

S3，利用步驟S1中的各關節的力矩對步驟S2中的最小參數集中的標準參數進行線性化處理，具體如下：

設定e為末端連桿編號；將第e連桿力矩依次分別對第e連桿所有最小參數中標準參數的首次出現項求偏導，將余項依次組成橫向量，最終形成的元素個數與第e連桿最小參數集個數相同；

將第e-n連桿力矩依次分別對第e連桿與第e-n連桿所有最小參數中標準參數的首次出現項求偏導，將余項依次組成橫向量，最終形成的元素個數與第e連桿及第e-n連桿最小參數集總數相同；n=（1，2，...，e-1）；

直至遞推到第1連桿對觀測矩陣中全部所有參數求取偏導；

隨后，分別將得到的偏導項也即元素按照倒三角排列依序計入觀測矩陣內，獲得以下的觀測矩陣WB：

其中：

Gdef表示用第d關節的力矩，對第e個連桿的第f個推導出來的標準參數的首次出現項求偏導后獲得的偏導項；

e為末端關節編號，f為末端標準參數編號。

2.根據權利要求1所述的一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于：步驟S3中，所述標準參數包括質量、慣性張量與質心；當推導出來的標準參數的首次出現項為質心項時，實際計算值為計算所獲取的偏導項減去該質心項所對應連桿的第1個推導出來的標準參數的首次出現項的偏導項和第2個推導出來的標準參數的首次出現項的偏導項。

3.根據權利要求2所述的一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于：質量項和質心項是乘法關系，因此質量項不需要求偏導；首次出現項為質心項時，設定質量項m為1。

4.根據權利要求1或2或3所述的一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于：步驟S2中，遞推公式的推導流程包括：

由于末端關節也即第d關節的末端力矩僅與末端連桿也即第e個連桿的參數有關，這些參數可經過步驟S2中關節類型與臂構型判斷為已知值；因此，通過遞推公式從第d關節開始向第1關節推導，即可逐一的把全部連桿的所有最小參數推導出來，之后，按照由第d關節開始至第1關節結束的形式排列寫成向量的形式，也即：

PB=（PBNt,…,PB2,PB1）

其中：

PB為各關節的最小參數集；

PB1為指定關節的第一個最小參數；

PB2為指定關節的第二個最小參數；

PBNt為指定關節的第Nt個最小參數；

Nt為第e連桿及第e-n連桿的所有最小參數的總數。

5.根據權利要求1或2或3所述的一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于：所述步驟S1中，使用牛頓歐拉遞推法建立機械臂動力學各連桿力矩模型。

6.根據權利要求1或2或3所述的一種基于機械臂的觀測矩陣求解方法，其特征在于：所述機械臂動力學模型為7自由度機械臂動力學模型。