【技术实现步骤摘要】
用于操作机械臂的动力学计算方法及机械臂的中央控制方法和系统
本专利技术涉及机械臂或机械臂中央控制系统的
，尤其涉及一种用于操作机械臂的机械臂动力学计算方法、机械臂的中央控制方法和系统。
技术介绍
操作机械臂的动力学仿真、重力补偿、位置控制、力控制和碰撞检测等功能都需要进行动力学计算。机械臂的仿真及碰撞检测等功能需要通过对动力学正问题进行计算以获得系统的加速度、动能、动量，因而要求动力学计算方法具有长时间的稳定性及较高的计算精度。机械臂的重力补偿、位置控制、力控制等功能需要对动力学反问题进行计算以获得关节力矩，要求动力学计算方法具有较高的计算效率以及较高的实时性能。完整的动力学计算流程包括数据输入、建立动力学方程、求解动力学方程、结果输出等步骤。在对机械臂的动力学问题进行建模时，最常用的方法包括拉格朗日法以及牛顿-欧拉法。基于拉格朗日法的计算方法取关节转角作为广义坐标，利用第二类拉格朗日方程推导得到系统的动力学方程。拉格朗日法建模得到的动力学方程中，通过计算惯性力项、广义力项并求和后可用于计算关节力矩以完...
【技术保护点】
1.一种用于操作机械臂的机械臂动力学计算方法，其特征在于，所述机械臂包括多个连杆及连接所述连杆的多个关节，其中基于高斯原理通过递推计算各个关节及连杆的相关数据，所述机械臂动力学计算方法包括以下步骤：/n步骤S1、以关节转角作为广义坐标，通过递推的方式计算所述机械臂上各连杆坐标系的线加速度及角加速度；/n步骤S2、判断各连杆的拘束量是否需要对各个关节的关节角加速度进行求导操作，若是则利用前一关节的关节角加速度的求导结果进行递推计算，若否则赋零；/n步骤S3、计算所述机械臂的整体高斯拘束量及所述整体高斯拘束量对各个关节的关节角加速度的一阶偏导数；/n步骤S4、通过求解基于高斯最...
【技术特征摘要】
1.一种用于操作机械臂的机械臂动力学计算方法，其特征在于，所述机械臂包括多个连杆及连接所述连杆的多个关节，其中基于高斯原理通过递推计算各个关节及连杆的相关数据，所述机械臂动力学计算方法包括以下步骤：
步骤S1、以关节转角作为广义坐标，通过递推的方式计算所述机械臂上各连杆坐标系的线加速度及角加速度；
步骤S2、判断各连杆的拘束量是否需要对各个关节的关节角加速度进行求导操作，若是则利用前一关节的关节角加速度的求导结果进行递推计算，若否则赋零；
步骤S3、计算所述机械臂的整体高斯拘束量及所述整体高斯拘束量对各个关节的关节角加速度的一阶偏导数；
步骤S4、通过求解基于高斯最小拘束原理的极值问题计算得到各个关节的关节角加速度，并积分得到关节速度及关节角度；
步骤S5、计算各个关节处的关节力矩；
步骤S6、计算所述机械臂的系统动量、系统能量。
2.如权利要求1所述的机械臂动力学计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据下式(1)计算各连杆坐标系的角加速度：
根据下式(1)计算各连杆坐标系的线加速度：
其中，ix表示变量x在坐标系{i}中的分量，右下标为关节的编号xi，表示在第i个关节/连杆对应的变量x，iωj是第j个连杆的角速度在坐标系{i}中的分量，是第j个连杆的角加速度在坐标系{i}中的分量，θi是第i个关节的转角，iRj是从坐标系{j}至坐标系{i}进行变换的方向余弦阵，是连杆坐标系{j}的原点加速度在坐标系{i}中的分量，i-1Pi是连杆坐标系{i}的原点在坐标系{i-1}中的分量，iTi是第i个关节的转轴对应的单位向量。
3.如权利要求1所述的机械臂动力学计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，判读各连杆的拘束量是否需要对关节角加速度进行求导操作的判据为下式(3)：
其中，Zi是第i个连杆的拘束量，θi是第i个关节的转角。
4.如权利要求2所述的机械臂动力学计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据下式(4)计算各连杆的拘束量对关节角加速度的一阶偏导数的计算方法为：
其中，Zi是第i个连杆的拘束量，mi是第i个连杆的质量，Ji是第i个连杆的惯性张量，是iωi对应的叉乘矩阵。
5.如权利要求4所述的机械臂动力学计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，首先计算各连杆的高斯...
【专利技术属性】
技术研发人员：单新平，张乐，严作海，
申请(专利权)人：杭州新剑机器人技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。