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专利号: 202011468885X
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三指灵巧手动力学建模方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,将三指灵巧手系统作为由三个具有相似结构的开放式运动链通过末端与抓取物的接触约束组合而成的复杂机械系统;

步骤二,根据灵巧手与抓取物体的约束情况,将三指灵巧手与抓取物体分割为三个开放式运动链结构的手指子模型和一个抓取物体子模型,并将四个独立的子模型作为四个子系统;

步骤三,利用拉格朗日法建立每个子系统的动力学模型;

手指子系统的动力学模型为: ;

其中, 为手指子系统的质量惯性矩阵, 为手指子系统所受的离心力/科式力和重力;

抓取物体子系统的动力学模型为: ;

其中, 为抓取物体子系统的质量惯性矩阵, 为抓取物体子系统所受的离心力/科式力和重力;

步骤四,建立手指子系统与抓取物体的约束方程;

步骤五,通过每个手指与抓取物体的约束方程将四个子系统堆聚起来,得到三指灵巧手动力学模型的解析模型;

三指灵巧手动力学模型的解析模型为:

,其中 :三指

灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力;

步骤六,基于U‑K方程建立工作空间与关节空间灵巧手的动力学模型;

三指灵巧手工作空间的动力学模型为:

,其中 :三指灵巧手系统的关

节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力;

步骤七,基于工作空间与关节空间灵巧手的动力学模型和三指灵巧手动力学模型的解析模型,建立工作空间与关节空间之间的接触约束力关系;

步骤八,根据三指灵巧手动力学模型的解析模型和工作空间与关节空间之间的接触约束力关系,建立工作空间下灵巧手接触力解析模型;

工作空间下灵巧手接触力解析模型为

,其中 :三指

灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力。

2.根据权利要求1所述的三指灵巧手动力学建模方法,其特征在于,步骤四中,手指子系统与抓取物体的约束方程为: ;其中: 和 分别表示接触点在指尖坐标系和抓取物体坐标系的位置向量, 和 分别为指尖坐标系和抓取物体坐标系在手掌坐标系的位置向量, 和 分别表示第手指指尖和抓取物体的旋转矩阵。

3.根据权利要求1所述的三指灵巧手动力学建模方法,其特征在于,步骤七中,工作空间与关节空间之间的接触约束力关系为: ,其中 :三指灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; ;

:三指灵巧手系统工作空间的理想接触约束力。

4.一种三指灵巧手动力学建模系统,其特征在于,包括:转换模块,用于将三指灵巧手系统作为由三个具有相似结构的开放式运动链通过末端与抓取物的接触约束组合而成的复杂机械系统;

分解模块,用于根据灵巧手与抓取物体的约束情况,将三指灵巧手与抓取物体分割为三个开放式运动链结构的手指子模型和一个抓取物体子模型,并将四个独立的子模型作为四个子系统;

子系统的动力学模型构建模块,用于利用拉格朗日法建立每个子系统的动力学模型;

手指子系统的动力学模型为: ;

其中, 为手指子系统的质量惯性矩阵, 为手指子系统所受的离心力/科式力和重力;

抓取物体子系统的动力学模型为: ;

其中, 为抓取物体子系统的质量惯性矩阵, 为抓取物体子系统所受的离心力/科式力和重力;

手指子系统与抓取物体的约束方程构建模块,用于建立手指子系统与抓取物体的约束方程;

三指灵巧手动力学模型的解析模型构建模块,用于通过每个手指与抓取物体的约束方程将四个子系统堆聚起来,得到三指灵巧手动力学模型的解析模型;

三指灵巧手动力学模型的解析模型为:

,其中 :三指

灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力;

三指灵巧手工作空间的动力学模型构建模块,用于基于U‑K方程建立工作空间与关节空间灵巧手的动力学模型;

三指灵巧手工作空间的动力学模型为: ,

其中 :三指灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力;

工作空间与关节空间之间的接触约束力关系构建模块,用于基于工作空间与关节空间灵巧手的动力学模型和三指灵巧手动力学模型的解析模型,建立工作空间与关节空间之间的接触约束力关系;

工作空间下灵巧手接触力解析模型构建模块,用于根据三指灵巧手动力学模型的解析模型和工作空间与关节空间之间的接触约束力关系,建立工作空间下灵巧手接触力解析模型;

工作空间下灵巧手接触力解析模型为

,其中 :三指

灵巧手系统的关节变量; 控制力矩; 为约束方程的系数矩阵; 为约束向量;为控制力矩系数矩阵;Q为三指灵巧手系统所受的离心力/科式力和重力。

5.一种计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至

3任一项所述三指灵巧手动力学建模方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述三指灵巧手动力学建模方法的步骤。