一种辨识空间机器人动力学参数的方法技术

本发明专利技术公开了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。该方法可以有效的辨识出n自由度空间机器人的基座及各个连杆的动力学参数，且具有较高的辨识精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间机器人动力学参数辨识的
，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。
技术介绍
PS0: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。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种辨识空间机器人动力学参数的 方法。 本专利技术所采用的技术方案是： ，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，其中 步骤S2包括以下子步骤：S21:依次打开η自由度空间机器人的第q+Ι关节： 当q= 〇时，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η连杆的动 力学参数； 其中η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，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，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，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，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+Ι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PS0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η= 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；S216:打开6自由度空间机器人的第六关节，确定空间机器人第五连杆的动力学 参数，同时获得第六连杆的动力学参数； 所述步骤S22包括子步骤：S221:处理所述S11至S216所得到的数据，得出动力学参数辨识方法的最优解； 其中，所述第一关节至第六关节分别为当q取0~5时对应的空间机器人的关节。 本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对空间机器人的基座与各连杆进行单体与双体 的等效处理，通过辨识空间机器人基座及各连杆的质量、质心坐标以及惯性张量，利用PS0 粒子群优化算法，得到最优的结果。该方法可以有效的辨识出η自由度空间机器人的基座 及各个连杆的动力学参数，且具有较高的辨识精度。该辨识方法得到的数据可以发回地面 操控中心处理，也减小了星载控制器在线运算负荷。在辨识的过程中不需要关节力/力矩 的测量，因此空间机器人在关节处不需要安装力/力矩传感器，降低了生产成本。【附图说明】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步说明： 图1是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的空间机器人的一实施 例的结构示意图；图2是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的一实施例的参数辨识 流程示意图；图3是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的另一实施例的参数辨 识流程不意图； 图4是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的物理模型示意图；图5是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的一实施例的等效单体 辨识的示意图；图6是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的一实施例的等效双体 辨识的示意图；图7是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的一实施例的等效双体 理论模型示意图。【具体实施方式】 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。 本专利技术的实现过程具体描述如下。 图1是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的空间机器人的一实施 例的结构示意图。参照图1，该空间机器人由基座、连杆和关节组成。其中，基座〇上安装有 喷气推进器，利用喷气推进器可以驱动机器人运动。第一关节01连接空间机器人基座0和 连杆1，第二关节02连接连杆1和连杆2,以此类推。图2是根据本专利技术的辨识空间机器人动力学参数的方法的一实施例的参数辨识 流程示意图。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。 其中，步骤S2包括以下子步骤：S21 :依次打开η自由度空间机器人的第q+Ι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η连杆的动 力学参数； 其中η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。 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。...

【技术保护点】
一种辨识空间机器人动力学参数的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文福，胡忠华，闫磊，梁斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44