本发明专利技术公开了一种待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置；其中的方法包括：在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，测量机械臂各臂节的角动量及航天器的角动量；产生待辨识目标的质量和质心位置，并利用多组角动量、当前产生的辨识目标的质量及质心位置根据预设的运动学模型计算获得待辨识目标的多个转动惯量；根据当前获得的多个转动惯量评估待辨识目标的当前转动惯量误差，在误差不符合预定误差要求时，返回产生并计算过程，否则，将当前计算获得的转动惯量、当前产生的待辨识目标的质量及质心位置作为待辨识目标的转动惯量、质量以及质心位置。本发明专利技术节约了航天器宝贵的燃料，提高了待辨识目标的惯性参数辨识精度且具有较理想的泛用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间机器人技术，具体涉及一种待辨识目标的惯性参数辨识方法以及 待辨识目标的惯性参数辨识装置。
技术介绍
卫星等航天器中通常设置有多臂节的机械臂，在航天器的在轨运行过程中，往往 会出现利用机械臂来抓取未知目标（也可以称为非合作目标或者待辨识目标）的需求；这 里的未知目标是指质量、质心位置以及转动惯量等惯性参数未知（如部分未知或者全部未 知）的目标。 在控制机械臂抓取未知目标的过程中，应准确及时的辨识出未知目标的惯性参 数，否则，未知目标的抓取会使航天器的质量分布发生不可预知的变化，从而会给后续的机 械臂操作路径的规划带来一定的困难。 目前，对未知目标的惯性参数的辨识方法主要包括如下三种： 方法一、在利用助推器对未知目标施加外力的同时，测量航天器（如卫星）姿态 的角加速度信号以及力矩信息，之后，利用测量获得的角加速度信号和力矩信息来求解牛 顿-欧拉运动方程，从而根据求解结果获得未知目标的惯性参数。 方法二、在机械臂抓取到未知目标时，驱动机械臂的臂节转动，并测量臂节转动前 后航天器的姿态变化以及位置变化信息，然后，利用测量获得的姿态变化以及位置变化信 息基于动量和角动量守恒定律计算出未知目标的惯性参数。 方法三、建立样本库（如利用运动学仿真建立样本库），并利用样本库中的各样本 对多层前向神经网络进行训练；在机械臂抓取未知目标时，利用前述训练好的多层前向神 经网络来辨识未知目标的惯性参数。 专利技术人在实现本专利技术过程中发现： 上述方法一由于需要利用助推器来推动未知目标，因此会消耗航天器的燃料；另 外，由于目前的角加速度信号和力矩信息的测量精度较低，导致利用方法一所获得的惯性 参数的精度较低； 上述方法二由于需要足够数量的方程才能够求解出惯性参数，因此，需要多次驱 动臂节进行运动，惯性参数辨识过程较复杂；另外，由于方法二需要获取角动量和线动量， 而在目前线动量测量精度较低的情况下，方法二所获得的惯性参数的精度较低； 上述方法三由于其惯性参数识别建立在样本库的基础上，从而使可辨识的未知目 标的范围受到限制，即该方法的泛用性较差；另外，在机械臂臂节自由度较高以及样本较多 等情况下，多层前向神经网络的设计难度以及训练难度均较高。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上 述问题的待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置。 依据本专利技术的其中一个方面，提供了一种待辨识目标的惯性参数辨识方法，该方 法主要包括：设置有基于多刚体系统的角动量守恒原理而建立的求解待辨识目标的转动惯 量的运动学模型，且所述方法包括下述步骤： 测量步骤：在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，分别测量机械臂 各臂节的角动量以及安装有机械臂的航天器的角动量，其中，所述多个时刻分别对应的机 械臂各臂节的角动量以及机械臂所在航天器的角动量被划分为多组角动量，且一组角动量 通常包括多不同时刻对应的机械臂各臂节的角动量以及机械臂所在航天器的角动量； 产生并计算步骤：产生待辨识目标的质量和质心位置，并利用多组角动量、当前产 生的辨识目标的质量以及质心位置利用所述运动学模型分别计算获得待辨识目标的多个 转动惯量； 判断步骤：根据当前计算获得的多个转动惯量评估待辨识目标当前转动惯量误 差，在确定所述当前转动惯量误差不符合预定误差要求时，返回所述产生并计算步骤；在确 定所述当前转动惯量误差符合预定误差要求时，到确定惯性参数步骤； 确定惯性参数步骤：将当前计算获得的转动惯量作为待辨识目标的转动惯量，并 将当前产生的待辨识目标的质量以及质心位置作为待辨识目标的质量以及质心位置。。 依据本专利技术的其中再一个方面，提供了一种待辨识目标的惯性参数辨识装置，该 装置包括： 存储模块，适于存储基于多刚体系统的角动量守恒原理而建立的求解待辨识目标 的转动惯量的运动学模型； 测量模块，适于在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，分别测量机 械臂各臂节的角动量以及安装有机械臂的航天器的角动量； 其中，所述多个时刻分别对应的机械臂各臂节的角动量以及机械臂所在航天器的 角动量被划分为多组角动量，且一组角动量包括多个不同时刻对应的机械臂各臂节的角动 量以及机械臂所在航天器的角动量； 产生并计算模块，适于产生待辨识目标的质量和质心位置，并利用多组角动量、当 前产生的辨识目标的质量以及质心位置利用所述运动学模型分别计算获得待辨识目标的 多个转动惯量； 判断模块，适于根据当前计算获得的多个转动惯量评估待辨识目标的当前转动惯 量误差，在确定所述当前转动惯量误差不符合预定误差要求时，触发产生并计算模块，使产 生并计算模块再次执行产生及计算操作；在确定所述当前转动惯量误差符合预定误差要求 时，触发确定惯性参数模块执行相应的操作； 确定惯性参数模块，适于将当前计算获得的转动惯量作为待辨识目标的转动惯 量，并将当前产生的待辨识目标的质量以及质心位置作为待辨识目标的质量以及质心位 置。 本专利技术提供的待辨识目标的惯性参数辨识方法和装置至少具有下列优点及有益 效果：本专利技术通过驱动抓取了待辨识目标的机械臂转动，并利用测量出的机械臂各臂节的 角动量以及安装有机械臂的航天器的角动量进行后续的惯性参数辨识，避免了在借助外推 力来推动待辨识目标的基础上实现惯性参数辨识的同时，还避免了需要测量线动量而线动 量测量精度较低对惯性参数识别的不良影响；本专利技术通过利用测量获得的多组角动量、当 前产生的待辨识目标的质量和质心位置在预先设置的求解待辨识目标的转动惯量的运动 学模型的基础上计算出待辨识目标的多个转动惯量，并基于当前获得的多个转动惯量对应 的当前转动惯量误差不断的调整当前产生的待辨识目标的质量和质心位置，可以使当前产 生的待辨识目标的质量和质心位置不断的逼近待辨识目标真实的质量和质心位置，而在当 前产生的待辨识目标的质量和质心位置不断逼近待辨识目标真实的质量和质心位置的情 况下，计算出的转动惯量也会不断的逼近待辨识目标真实的转动惯量，由此可知，本专利技术确 定待辨识目标的惯性参数的实现过程并没有受到样本库等因素的影响，而且能够快速准确 的辨识出任一待辨识目标的惯性参数；从而本专利技术提供的技术方案在节约了航天器宝贵的 燃料的同时，提高了待辨识目标的惯性参数辨识精度，并具有较理想的泛用性。 上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举本专利技术的【具体实施方式】。【附图说明】 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。本实施例的附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为 是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中： 图1为本专利技术待辨识目标的惯性参数辨识方法流程图； 图2为本专利技术待辨识目标的惯性参数辨识装置示意图。【具体实施方式】 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开 的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例 所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种待辨识目标的惯性参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括：在驱动抓取有待辨识目标的机械臂转动的多个时刻，分别测量机械臂各臂节的角动量以及安装有机械臂的航天器的角动量，形成多组角动量；产生待辨识目标的质量和质心位置，并利用多组角动量、当前产生的辨识目标的质量以及质心位置基于运动学模型分别计算获得待辨识目标的多个转动惯量；评估待辨识目标当前转动惯量误差，并根据评估结果重新执行上述产生并计算的操作或者将当前产生的待辨识目标的质量以及质心位置作为待辨识目标的质量以及质心位置，并将当前计算获得的转动惯量作为待辨识目标的转动惯量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马欢，张珩，李文皓，肖歆昕，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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