[发明专利]一种模块化空间机械臂可重构构型调整方法及系统

权利要求书

1.一种模块化空间机械臂可重构构型调整方法，其特征在于包括：

依据常态下空间机械臂数学模型，通过锁定除被动关节和主动关节外的所有其他关节，将高自由度欠驱动机械臂等效为二自由度欠驱动机械臂模型；

依据所述二自由度欠驱动机械臂模型，考虑被动关节粘性摩擦力，获得主动关节与被动关节轴线垂直和平行两种情况下欠驱动机械臂主动关节与被动关节间的动力学耦合关系；

依据所述动力学耦合关系，通过主动关节运动规划，实现被动关节的关节角度调整。

2.根据权利要求1所述的一种模块化空间机械臂可重构构型调整方法，其特征在于：所述被动关节指发生自由摆动故障的关节，主动关节指运动和力矩输出能力正常的关节。

3.根据权利要求1所述的一种模块化空间机械臂可重构构型调整方法，其特征在于：锁定除被动关节和前置主动关节外所有其他关节，将高自由度欠驱动机械臂等效为二自由度欠驱动机械臂模型，具体为：

当J_k发生自由摆动故障时，将J_k作为被动关节，而J_k-1作为主动关节对J_k进行调整；其余关节J₁,…,J_k-2,J_k+1,…,J_n锁定于当前角度θ₁,…,θ_k-2,θ_k+1,…,θ_n；

对于锁定后的机械臂，定义连杆L₁,L₂,…,L_k-2固连成为基座，连杆L_k-1为主动连杆L_a，连杆L_k+1,L_k+2,…,L_n与连杆L_k固连为被动连杆L_p；

重新建立坐标系Σ_a、坐标系Σ_p，此时机械臂转化为只包含主动关节J_k-1和被动关节J_k的二自由度欠驱动机械臂；坐标系Σ_a与原坐标系Σ_k-1重合，坐标系Σ_p与原坐标系Σ_k重合；

其中，机械臂总自由度数目为n，L_k表示连杆k，J_k表示连接L_k-1与L_k的关节k，Σ_k表示连杆L_k的坐标系，规定l_k表示连接关节J_k到J_k+1的矢量。

4.根据权利要求3所述的一种模块化空间机械臂可重构构型调整方法，其特征在于：二自由度欠驱动机械臂模型的动力学参数获取方式具体为：

根据关节J_k+1,J_k+2,…,J_n所对应的关节角度θ_k+1,θ_k+2,…,θ_n，计算相邻连杆间的齐次变换矩阵

根据各连杆质心相对于自身坐标系的矢量及相邻连杆间齐次变换矩阵，求得各连杆质心相对于其基坐标系Σ_p的矢量为：

基于上式，求得被动连杆L_i，i＝k+1,k+2,…,n，的质心相对于坐标系Σ_k的矢量r_ki为：

r_ki表示连杆L_i的质心在坐标系Σ_k中的矢量，m_k表示连杆L_k的质量。