一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法，包括：依据关节锁定故障空间机械臂标准化处理后的各运动能力指标，基于改进的层次分析法和熵值法求解各运动能力指标的权重，实现机械臂运动能力的综合表征，构建关节锁定故障空间机械臂停机构型优选模型，进而基于蒙特卡洛数值法求解停机构型优选模型，获得关节锁定故障机械臂的最优停机构型，然后考虑停机运动特点基于六次多项式对机械臂进行运动规划，进而考虑停机过程中机械臂的安全性和稳定性，构建并求解空间机械臂停机运动优化模型，完成关节锁定故障空间机械臂的停机优化。根据本发明专利技术实施例提供的技术方案，可实现关节锁定故障空间机械臂的安全稳定停机。

【技术实现步骤摘要】
一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法
本专利技术涉及一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法，属于机械臂停机运动优化领域。
技术介绍
太空所具有的军事、政治、民生、经济等多方面战略地位，促使世界各国愈发重视太空探索工作。随着人类对太空探索的不断深入，具有跨度大、操作灵活、负载能力强等特点的空间机械臂应用日益广泛。但太空环境的恶劣、操作任务的繁重与关节结构的复杂，导致空间机械臂在长期服役过程中极有可能发生关节锁定故障，且通常无法得以及时维修。此时如果控制机械臂按照原任务要求继续运动，即不停机继续执行任务，受锁定故障关节的影响，机械臂的运行参数(关节速度、加速度、力矩等)势必会发生突变。空间机械臂运行参数突变可能会引发关节速度/力矩超限、机械臂臂杆变形甚至损坏机械臂，不仅会导致空间操作任务的失败，而且严重影响机械臂运行的稳定性，威胁空间机械臂及航天器的安全。因此，亟需开展关节锁定故障空间机械臂停机优化方法的相关研究。关节锁定故障空间机械臂的停机优化，通过关节锁定故障空间机械臂的停机构型优选和停机运动优化实现。现有关于关节锁定故障空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法，其特征在于，所述方法包括：/n(1)依据关节锁定故障空间机械臂标准化处理后的各运动能力指标，基于改进的层次分析法和熵值法求解各运动能力指标的权重，进而实现机械臂运动能力的综合表征；/n(2)依据空间机械臂运动能力的综合表征，构建关节锁定故障空间机械臂停机构型优选模型，进而基于蒙特卡洛数值法求解停机构型优选模型，获得关节锁定故障机械臂的最优停机构型；/n(3)依据关节锁定故障空间机械臂的最优停机构型，考虑停机运动特点基于六次多项式对机械臂进行运动规划，进而考虑停机过程中机械臂的安全性和稳定性，引入优化系数构建空间机械臂停机运动优化模型，求解停机运动优化...

【技术特征摘要】
1.一种关节锁定故障空间机械臂停机优化方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)依据关节锁定故障空间机械臂标准化处理后的各运动能力指标，基于改进的层次分析法和熵值法求解各运动能力指标的权重，进而实现机械臂运动能力的综合表征；
(2)依据空间机械臂运动能力的综合表征，构建关节锁定故障空间机械臂停机构型优选模型，进而基于蒙特卡洛数值法求解停机构型优选模型，获得关节锁定故障机械臂的最优停机构型；
(3)依据关节锁定故障空间机械臂的最优停机构型，考虑停机运动特点基于六次多项式对机械臂进行运动规划，进而考虑停机过程中机械臂的安全性和稳定性，引入优化系数构建空间机械臂停机运动优化模型，求解停机运动优化模型，完成关节锁定故障空间机械臂的停机优化。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据关节锁定故障空间机械臂标准化处理后的各运动能力指标，基于改进的层次分析法和熵值法求解各运动能力指标的权重，进而实现机械臂运动能力的综合表征，包括：
(1)分析关节锁定故障空间机械臂各运动能力指标，包括最小奇异值s、条件数k、可操作度w；
针对最小奇异值和可操作度，标准化处理后获得标准最小奇异值和标准可操作度：






上式中，表示标准最小奇异值，表示标准可操作度，smin表示最小奇异值的最小值，smax表示最小奇异值的最大值，wmin表示可操作度的最小值，wmax表示可操作度的最小值；
针对条件数，标准化处理后获得标准条件数：



上式中，表示标准条件数；
(2)考虑任务对于机械臂各运动能力的要求，基于改进的层次分析法求解标准最小奇异值、标准条件数、标准可操作度的主观权重：
STEP1构造递阶层次结构模型：考虑到不同任务对机械臂各单方面运动能力指标要求不同，构建由上至下的层次结构：目标层(运动能力综合表征)、准则层(任务要求)、子准则层(各单方面运动能力指标)，其中目标层是层次结构中的最高层，即最终所要得到的目标，准则层及子准则层用于评价目标结果；
STEP2构造判断矩阵：为了能够判断同一层次各因素对上层次因素的影响，基于1-7标度法定义各元素之间的重要性，进而构造判断矩阵；
STEP3一致性检验：利用最大特征值法对判断矩阵进行求解，得到判断矩阵的最大特征值后对结果进行一致性检验，以判断矩阵是否合理；
STEP4主观权重求解：计算判断矩阵最大特征值所对应的特征向量，特征向量中的元素对应各运动能力指标的主观权重ωCR_1,ωCR_2,ωCR_3；
基于熵值法求解标准最小奇异值、标准条件数、标准可操作度的客观权重ωCP_1,ωCP_2,ωCP_3，并记为ωCP＝[ωCP_1,ωCP_2,ωCP_3]；
(3)基于所得的主观权重和客观权重，获得各运动能力指标的最终权重为ω＝[ωCR_1+ωCP_1,ωR_2+ωCP_2,ωCR_3+ωCP_3]＝[ωC_1,ωC_2,ωC_3]，进而空间机械臂运动能力的综合表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钢，李岚普，徐文倩，符颖卓，费军廷，李俊杰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11