[发明专利]基于轴不变量的树链机器人动力学建模与解算方法

摘要

本发明公开了一种基于轴不变量的树链机器人动力学与解算方法，提出并证明了Ju‑Kane动力学模型，既适用于树链多轴系统动力学数值计算，又适用于多轴系统的动力学控制。系统分析了轴链刚体广义惯性矩阵、轴链刚体系统广义惯性矩阵特点；给出了多轴系统动力学正解的原理与过程，应用GPU计算时，具有线性复杂度；在应用单CPU计算时，具有平方复杂度。给出多轴系统动力学逆解的原理与过程，具有线性复杂度；由于系统惯性矩阵小，多轴系统动力学计算复杂度远低于现有已知的动力学系统。

主权项

1.一种基于轴不变量的树链机器人动力学与解算方法，其特征是，包括以下步骤：给定多轴刚体系统D＝{A,K,T,NT,F,B}，惯性系记为F^[i]，除了重力外，作用于轴u的合外力及力矩分别记为^i|Df_u及^i|Dτ_u；轴k的质量及质心转动惯量分别记为m_k及轴k的重力加速度为根据机器人系统的拓扑、结构、质惯量参数，应用链符号系统建立关节空间的拉格朗日方程，基于多轴系统拉格朗日方程建立Ju‑Kane动力学预备方程；将偏速度代入Ju‑Kane动力学预备方程中，建立树链刚体系统Ju‑Kane动力学方程；建立树结构刚体系统的Ju‑Kane规范化动力学方程；将树链刚体系统Ju‑Kane动力学方程重新表述为树链Ju‑Kane规范型方程。