本发明专利技术涉及一种基于混合单元法的空间绳系机器人系统的仿真方法，利用精确的Ritz法计算释放点附近应力变化比较剧烈的绳段，对于其它位置应力变化比较平缓的绳段则使用简单的“珠子模型”进行计算，并通过与“珠子模型”完全相同的机制在释放过程中增加“珠点”的数目，这样一方面可以使得Ritz法计算的绳段长度得到了严格的限制，从而保证了Ritz法的计算精度和有效性，另一方面利用Ritz法计算系绳中应力变化最为剧烈的绳段，可以避免为计算不断增长的系绳而引入“锚点”，有效提高“珠子模型”的计算精度和计算效率。
【技术实现步骤摘要】
【技术保护点】
一种基于混合单元法的空间绳系机器人系统的仿真方法，其特征在于：空间绳系机器人系统是通过系绳连接空间平台和末端执行机构，仿真步骤如下：步骤1：建立空间绳系机器人系统的数学模型，空间绳系机器人中柔性系绳的运动满足：ρ(x..-2ωz.)=Nx′ρ(y..+ω2y)=Ny′ρ(z..+2ωx.-3ω2z)=Nz′---(1)式中，ρ表示系绳密度，x、y和z表示系绳上的点在轨道坐标系中的坐标，Nx、Ny和Nz表示系绳中的张力在三个坐标轴上的分量，ω表示空间绳系机器人系统的轨道角速度；系绳中的张力满足胡克定律：NxNxNz=EA(1-1|r′|)x′y′z′---(2)式中，EA表示系绳的弹性刚度，|r′|=(x′)2+(y′)2+(z′)2空间平台的运动满足：x(ξ)＝y(ξ)＝z(ξ)＝0?????????????(3)末端机构运动满足：M[x..(L)-2ωz.(L)]=FRx-Nx(L)M[y..(L)+ω2y(L)]=FRy-Ny(L)M[z..(L)+2ωx.(L)-3ω2z(L)]=FRz-Nz(L)---(4)式中，M表示末端执行机构的质量，FRx、FRy和FRz分别表示作用在末端执行机构上的机动力；步骤2：将系绳按自然长度分割为n+1段，并将靠近末端执行机构的绳段编号为1，靠近释放点的绳段编号为n+1，前n段系绳的自然长度为l，最后一段系绳的自然长度为η，且在释放过程中，η满足η＝L?ξ?nl；记第n段系绳和第n+1段系绳之间的连接点为结合点C；ξ表示释放机构处的自然坐标，L表示系绳总的自然长度；步骤3：采用高精度的Ritz法对第n+1段系绳ξ≤s≤ξ+η进行离散化，选取基函数ui＝vi＝wi＝(s?ξ)i，其中：s表示系绳上点的自然坐标，定义域为[ξ，L]，i＝1,2,…,m；系绳上点的坐标为：x~(t)=Σi=1mui(s,ξ(t))ai(t)y~(t)=Σi=1mvi(s,ξ(t))bi(t)z~(t)=Σi=1mwi(s,ξ(t))ci(t)---(5)得ρ(x~..-2ωz~.)≈Nx′ρ(y~..+ω2y~)≈Ny′ρ(z~..+2ωx~.-3ω2z~)≈Nz′,上式的系数满足：∫ξL[ρ(x..-2nz.-Nx′)]uids+[Nx(L)-F0x]ui(L)=0∫ξL[ρ(y..+n2y)-Ny′]vids+[Ny(L)-F0y]vi(L)=0∫ξL[ρ(z..+2nx.-3n2z)-Nz′]wids+[Nz(L)-F0z]wi(L)=0,将上式写成矩阵形式得：M1a..+2ξ.M2a.+(ξ..M2+ξ.2M3)a-2nM4c.-2nξ.M5c=UM6b..+2ξ.M7b.+(ξ..M7+ξ.2M8)b+n2M6b=VM9c..+2ξ.M10c.+(ξ..M10+ξ.2M11-3n2M9)c+2nM12a.+2nξ.M13a=W---(6)式中，a＝(a1,a2,…,am)T，b＝(b1,b2,…,bm)T，c＝(c1,c2,…,cm)T，M1=[∫ξξ+ηuiujds],M2=[∫ξξ+ηui∂uj∂ξds],M3=[∫ξξ+ηui∂2uj∂ξ2ds],M4=[∫ξξ+ηuiwjds],M5=[∫ξξ+ηui∂wj∂ξds],M6=[∫ξξ+ηvivjds],M7=[∫ξξ+ηvi∂v...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，胡仄虹，刘正雄，孟中杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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