【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及张拉整体机器人，具体涉及一种张拉整体机器人临界翻滚形状搜索方法。
技术介绍
1、由于张拉整体结构具有高强度-质量比、本质安全性、可主动变形等优良特性，以张拉整体结构为基础的机器人获得了相当多的关注。然而这一类机器人通常由复杂的元件构成，导致其空间自由度高，状态描述复杂，而在机器人控制研究中，往往需要具体的期望状态作为控制器输入，这要求建立机器人运动行为和状态之间的联系，即在给定的运动需求下，计算相应的状态值，对于张拉整体机器人而言，该过程可视为一类找形问题。
2、现有的张拉整体找形方法可根据结构初始预应力、结构拓扑以及外力等因素，计算结构在这些因素影响下的最终稳定状态，通常用节点坐标值描述。事实上，现有的找形方法仅能够实现根据给定初始值计算稳态值，而无法对特定的形状进行搜索，因此无法支撑搜索运动所需期望状态的功能需求。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种张拉整体机器人临界翻滚形状搜索方法，该搜索方法能够实现满足张拉整体机器人临界翻滚形状的期望节点坐标的搜索。
2、本专利技术采用以下具体技术方案：
3、一种张拉整体机器人临界翻滚形状搜索方法，该搜索方法包括以下步骤：
4、步骤一，以张拉整体机器人的节点坐标作为状态量，计算张拉整体机器人的稳态节点坐标；
5、步骤二，根据张拉整体机器人的滚动运动特征，建立张拉整体机器人的临界翻滚条件；
6、步骤三，以使张拉整体机器人拥有尽量小的变形为前提，构造变形代
7、更进一步地，步骤一中计算张拉整体机器人的稳态节点坐标具体包括：
8、根据状态量定义给出力密度向量以及力密度矩阵定义，基于结构成型的力密度矩阵秩亏条件，迭代计算稳态节点坐标。
9、更进一步地，在步骤二中建立张拉整体机器人的临界翻滚条件时，使用状态量表达处于临界滚动状态下张拉整体机器人的形状特征。
10、更进一步地，迭代计算稳态节点坐标的具体计算过程为：
11、步骤11，根据张拉整体机器人的结构拓扑计算连接矩阵；
12、步骤12，设置初始力密度向量q0；
13、步骤13，计算力密度向量qi对应的力密度矩阵di，求解节点力平衡方程得到节点在笛卡尔坐标下的三轴坐标向量[x,y,z]i，i为迭代次数；
14、步骤14，计算[x,y,z]i对应的平衡矩阵ai，求解平衡矩阵得到qi+1；
15、步骤15，如果qi+1对应的di+1满足秩亏条件，则求解节点力平衡方程得到[x,y,z]i+1作为节点坐标计算结果，反之则返回步骤13，令i＝i+1继续迭代。
16、更进一步地，对于包含n个节点、b根杆、c根绳的d维张拉整体机器人而言，杆与绳均可称之为成员，节点与成员之间的连接关系用连接矩阵表达；假设节点i和节点j(i<j)由成员k连接，则步骤11中连接矩阵的表达式为：
17、
18、更进一步地，在步骤13中，力密度矩阵的计算公式为：
19、d＝ctdiag(q1,q2…,qb,qb+1…,qb+c)c；
20、上式中，qk为成员k的力密度，c为连接矩阵；
21、节点力平衡方程为：
22、d[x y z]＝[000]。
23、更进一步地，步骤14中，平衡矩阵为：
24、
25、更进一步地，步骤15中，秩亏条件为：
26、rank(d)≤n-(d+1)。
27、更进一步地，所述张拉整体机器人为六杆张拉整体机器人。
28、有益效果：
29、1、本专利技术的临界翻滚形状搜索方法根据张拉整体机器人的滚动运动特征，通过运动原理分析，构建临界翻滚条件，同时考虑机器人变形程度对应的驱动器负载情况，构造变形代价函数，并通过求解优化问题实现期望节点坐标的搜索，解决了张拉整体机器人临界翻滚形状搜索的问题，可以获取能够使机器人发生翻滚的期望节点位置信息，为机器人的运动控制提供关键参考。
30、2、本专利技术的临界翻滚形状搜索方法考虑张拉整体机器人运动过程中对形状的要求，所提出的临界翻滚条件作为一类典型应用，使形状搜索结果满足张拉整体机器人运动所需的形状要求，为控制器提供了明确参考值。
31、3、本专利技术的临界翻滚形状搜索方法方法结合了传统找形方法与优化方法，补足了现有张拉整体找形方法在应对特殊形状要求时的不足，可扩展应用于其他特殊形状的搜索中，只需构造相应的条件表达式即可。
32、4、本专利技术的临界翻滚形状搜索方法基于张拉整体找形的力密度方法计算机器人稳态节点坐标，结合临界翻滚条件，以力密度为变量进行优化问题建模，最终形成可对张拉整体机器人临界翻滚形状完成搜索的方法。
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1.一种张拉整体机器人临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，步骤一中计算张拉整体机器人的稳态节点坐标具体包括：
3.如权利要求2所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，在步骤二中建立张拉整体机器人的临界翻滚条件时，使用状态量表达处于临界滚动状态下张拉整体机器人的形状特征。
4.如权利要求2所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，迭代计算稳态节点坐标的具体计算过程为：
5.如权利要求4所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，对于包含n个节点、b根杆、c根绳的d维张拉整体机器人而言，杆与绳均可称之为成员，节点与成员之间的连接关系用连接矩阵表达；假设节点i和节点j(i<j)由成员k连接，则步骤11中连接矩阵的表达式为：
6.如权利要求5所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，在步骤13中，力密度矩阵的计算公式为：
7.如权利要求6所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，步骤14中，平衡矩阵为：
8.如权利要求7所述的临界翻滚形状搜
9.如权利要求1-8任意一项所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，所述张拉整体机器人为六杆张拉整体机器人。
...【技术特征摘要】
1.一种张拉整体机器人临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，步骤一中计算张拉整体机器人的稳态节点坐标具体包括：
3.如权利要求2所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，在步骤二中建立张拉整体机器人的临界翻滚条件时，使用状态量表达处于临界滚动状态下张拉整体机器人的形状特征。
4.如权利要求2所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，迭代计算稳态节点坐标的具体计算过程为：
5.如权利要求4所述的临界翻滚形状搜索方法，其特征在于，对于包含n个节点、b根杆、c根绳的d维...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆凯，刘松源，吕京硕，郝思远，方浩，陈杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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