(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211497553.3 (22)申请日 2022.11.28 (71)申请人 中国人民解 放军火箭军工程大 学 地址 710025 陕西省西安市灞桥区同心路2 号 (72)发明人 李传扬　胡昌华　秦忠宝　王鑫峰　 (74)专利代理 机构 西安亿诺专利代理有限公司 61220 专利代理师 李永刚 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) B25J 9/16(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向具备多驱动模式的模块化操作臂 动力学建模方法 (57)摘要 一种面向具备多驱动模式的模块化操作臂 动力学建模方法， 属于机构系统动力学分析领 域。 先针对某一驱动模式， 推导建立模块化操作 臂所有可动构 件角速度矢量、 速度矢量以及运动 旋量的通用表达式， 建立运动旋量列阵与该驱动 模式下广义速度列阵映射关系； 继而建立所有驱 动模式与上述驱动模式之间的映射关系通用表 达， 从而获得运动旋量列阵与所有驱动模式下广 义速度列阵映射关系的通用表达； 最后， 建立操 作臂动力学模 型的通用表达。 本发 明方法避免了 不同驱动系统需要建立不同动力学模型的复杂 过程， 极大的简化了动力学建模及分析过程； 同 时， 本发明阐述过程中采用模块化操作臂未知参 量推导， 最大限度增强其 通用性。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115526008 A 2022.12.27 CN 115526008 A 1.一种面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征在于， 所述方法 包括如下步骤： S1、 选定某一驱动模式， 推导操作臂系统所有可动构件运动旋量的通用表达式； S2、 在前述选定驱动模式下， 建立操作臂系统运动旋量列阵与该驱动模式下广义速度 列阵的映射关系； S3、 建立操作臂系统中任意驱动模式下广义速度列阵与上述选定驱动模式广义速度列 阵之间的映射关系； S4、 建立任意驱动模式下操作臂系统运动旋量列阵与该驱动模式下广义速度列阵的映 射关系； S5、 建立任意驱动模式下操作臂系统动力学模型的通用表达 。 2.根据权利要求1所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征 在于： 所述 步骤S1包括： 推导获得第一、 二个模块可动构件的角速度矢量与构件质心速度矢量； 寻找各可动构件角速度矢量和构件质心速度矢量的表达规 律； 建立角速度矢量和质心速度矢量与构件序号关联的通用表达式； 继而获得 所有可动构件运动旋量的通用表达式。 3.根据权利要求1所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征 在于： 所述 步骤S2包括： 将模块化操作臂系统每个可动构件的运动旋量进行改写， 用 i表示操作臂系统中第 i个 驱动器， 用 j表示第j个构件， 则实现操作臂系统每 个可动构件运动旋量 通用表达形式如下： 其中N为模块数， p为单个模块中可动构件数量， s表示每个模块所具有的驱动器的数 目，Ns表示N与s的乘积，Np表示N与p的乘积， 表示第i个驱动器的角速度大小； 将所有可动构件的运动旋量用系统运动旋量列阵 表示； 建立操作臂系统运动旋量列阵与广义驱动速度列阵的映射关系为 获取旋量映射矩阵T， 其中 ， 为广义驱动速度列阵。 4.根据权利要求1所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征 在于： 所述 步骤S3包括： 建立操作臂单个模块的微分运动学模型； 基于几何关系及运动学模型， 建立单个模块中各驱动模式之间的广义驱动速度列阵之权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115526008 A 2间的映射关系， 用 表示， 其中 为可逆矩阵， mN为第N个模块采用的驱动模式序 列；m表示每个模块存在的驱动模式种类数目； 当模块化操作臂驱动模式选定后， 每一个模块的驱动模式即确定下来， 对应的 即 可确定； 可推导得到； 其中， Op×p表示p×p阶零矩阵； 继而， 可推导得到模块化操作臂在不同驱动模式下广义驱动速度列阵与式 中选 定驱动模式下广义驱动速度列阵的映射关系 ， 其中k表示操作臂系统采用第 k种 驱动模式。 5.根据权利要求4所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征 在于： 所述 步骤S4包括： 将式 带入式 ， 继而可得 ， 该表达式对操作臂系统所有驱 动模式均适用。 6.根据权利要求5所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特征 在于： 所述 步骤S5包括： 将每一个可动构件用牛 顿‑欧拉方程表示； 将所有可动构件的牛顿 ‑欧拉方程联立， 可得到由6 Np个解耦的方程所表达的操作臂系 统的动力学模型， 该模型对操作臂系统所有驱动模式均适用； 通过动力学模型 可推导得到操作臂的广义驱动力列阵。 7.根据权利要求1或4所述面向具备多驱动模式的模块化操作臂动力学建模方法， 其特 征在于提出一种建立系统运动旋量列阵与广义速度列阵映射关系的方法具体为： 先建立某一驱动模式下的系统运动旋量列阵与该驱动模式下广义速度列阵的映射关 系， 其次建立所有驱动模式下广义速度列阵与上述驱动模式下的广义速度列阵的映射关 系， 最后推导得到所有驱动模式下映射关系的通用表达 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115526008 A 3