[发明专利]一种辨识空间机器人动力学参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间机器人动力学参数辨识的技术领域，尤其涉及一种用于辨识空间机器人基座及各个连杆的动力学参数的方法。

背景技术

PSO:ParticleSwarmOptimization，粒子群优化算法。

随着科学技术发展，人类对于外太空的探索取得了重大成就。每年，全球大约发射80-130颗卫星，但是其中的某些卫星因为故障原因失效。为了挽回损失，对故障卫星进行补救、维修是十分有必要的。因而，空间机器人技术应运而生，而且已经取得了巨大的进步。将空间机器人技术应用于在轨服务，精确的控制理论是关键，而要实现精确的运动控制关键还是在动力学参数的精确辨识。针对机器人动力学参数辨识，许多学者已经提出一些有效的方法，但是大部分的方法是基于正/逆动力学模型，需要测量关节力/力矩、位置和角速度/角加速度。Murotsu提出两种辨识未知捕获目标惯性参数的方法，其中一种是基于线动量和角动量守恒定律；另一种是基于牛顿-欧拉运动方程。Yoshidaetal.提出了对自由漂浮空间机器人的惯性参数辨识的方法，利用动量守恒定律和重力梯度的作用来辨识，该辨识算法不需要测量关节力矩和加速度，但是前提是已知机器人每个刚体的质量和质心位置。P.Logothetis和J.Kieffer提出了通过力矩滤波技术辨识机器人的动力学参数，其不需要测量关节加速度。但上述方法需要对机械臂关节力/力矩进行测量，且关节加速度是通过其他方式近似得到。北京邮电大学贾庆轩提出一种机器人动力学参数辨识的动静态辨识方法，该方法需要测量机器人基座的六维力、各关节的驱动力矩、角速度以及角加速度。中国科学院力学研究所马欢提出一种星-臂耦合系统的动力学参数在轨辨识方法，但是该方法最终的辨识精度误差较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种辨识空间机器人动力学参数的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种辨识空间机器人动力学参数的方法，包括步骤：

S1：辨识和确定空间机器人整体的动力学参数；

S2：辨识空间机器人的基座以及各个连杆的动力学参数。

作为上述技术方案的改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，其中步骤S2包括以下子步骤：

S21：依次打开n自由度空间机器人的第q+1关节：

当q＝0时，确定空间机器人基座的动力学参数；

当q>0时，确定空间机器人第q连杆的动力学参数；

当q＝n-1时，确定空间机器人第n-1连杆的动力学参数，同时获得第n连杆的动力学参数；

其中n为正整数，q为整数，且q>＝0以及q<＝n-1；

S22：处理所得到的动力学参数数据，得出动力学参数辨识方法的最优解。

作为上述技术方案的改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，所述动力学参数包括其质量M、其质心坐标r以及其惯性张量I。

作为上述技术方案的改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，所述空间机器人基座上设置有喷气推进器。

作为上述技术方案的改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，步骤S1是在所有关节均锁死的情况下进行。

作为上述技术方案的改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，在步骤S21中，打开任一关节时，其余关节均锁死。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，当步骤S21中q＝0时，所述第q+1关节为第一关节，第一关节连接基座与第一连杆。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，步骤S22中，所述最优解是基于PSO粒子群优化算法得到的最优解。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的一种辨识空间机器人动力学参数的方法，当空间机器人自由度n＝6时，

所述步骤S1包括子步骤：

S11：确定空间机器人整体的动力学参数；

所述步骤S21包括子步骤：

S211：打开6自由度空间机器人的第一关节，确定空间机器人基座的动力学参数；

S212：打开6自由度空间机器人的第二关节，确定空间机器人第一连杆的动力学参数；

S213：打开6自由度空间机器人的第三关节，确定空间机器人第二连杆的动力学参数；

S214：打开6自由度空间机器人的第四关节，确定空间机器人第三连杆的动力学参数；

S215：打开6自由度空间机器人的第五关节，确定空间机器人第四连杆的动力学参数；