CN113127974B - 一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质 - Google Patents

一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质 Download PDF

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CN113127974B CN202110421669.8A CN202110421669A CN113127974B CN 113127974 B CN113127974 B CN 113127974B CN 202110421669 A CN202110421669 A CN 202110421669A CN 113127974 B CN113127974 B CN 113127974B
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Abstract

本发明实施例公开了一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质，用于快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数。本发明实施例方法包括：使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。

Description

一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质
技术领域
本发明涉及混凝土泵车臂架系统领域，尤其涉及一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质。
背景技术
随着中国整个社会的进步与发展，国内的建筑行业得到了飞速发展，其中摩天大楼的数量位居世界第二，高数公路的里程数位居世界第一，桥梁数目位居世界第三。在各种大楼、桥梁、道路等的浇筑中，都离不开混凝土泵车，因此在近几年的时间里，也带来了混凝土泵车的飞速发展。混凝土泵车的臂架系统，作为混凝土泵车的关键部分，直接影响着浇筑的质量和浇筑的安全性。混凝土泵车臂架系统在做浇筑作业的时候，需要对混凝土泵车臂架系统的运动进行控制，特别是在满排量的时候混凝土泵车臂架系统会有振动，而在对混凝土泵车臂架系统的进行控制的时候，关键是要得到混凝土泵车臂架系统的动力学参数，其动力学参数的准确性直接影响着混凝土泵车臂架系统的运动精度的控制。而现有的动力学参数都不够准确。
发明内容
本发明实施例提供了一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质，用于快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数。
本发明第一方面提供一种动力学参数识别的方法，可以包括：
使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；
根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；
对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；
根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。
可选的，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
可选的，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角θ；
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角α大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角θ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
可选的，所述根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程，包括：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；
根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；
根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
可选的，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000031
其中，第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
可选的，所述根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量，包括：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure BDA0003026874260000032
其中i＝1，2，3，...6；
Ri＝[ri 0 0 1]T，其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量；
则
Figure BDA0003026874260000033
Figure BDA0003026874260000034
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure BDA0003026874260000035
的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000036
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
可选的，所述根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，包括：
获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；
获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；
根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
本申请第二方面提供一种参数识别装置，可以包括：
建立模块，用于使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
处理模块，用于根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。
可选的，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
可选的，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角θ；
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角α大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角θ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
可选的，所述处理模块，具体用于：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；
根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；
根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
可选的，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000051
其中，第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
可选的，所述处理模块，具体用于：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure BDA0003026874260000052
其中i＝1，2，3，...6；
Ri＝[ri0 0 1]T，其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量；
则
Figure BDA0003026874260000053
Figure BDA0003026874260000054
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure BDA0003026874260000055
的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000056
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
可选的，所述处理模块，具体用于：
获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；
获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；
根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
本申请第三方面提供一种参数识别装置，可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行如本申请第一方面所述的方法。
本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在处理器上运行时，使得处理器执行如本申请第一方面所述的方法。
本发明实施例又一方面公开一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行本申请第一方面所述的方法。
本发明实施例又一方面公开一种应用发布平台，所述应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行本申请第一方面所述的方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
在本发明实施例中，使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。用于快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数。同时又要实现在线辨识，采用最小二乘法对其动力学参数进行识别是比较好的选择。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请中动力学参数识别的方法的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例提供的一种参数识别装置的一个示意图；
图3为本发明实施例提供的一种参数识别装置的另一个示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的一个示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种动力学参数识别的方法、参数识别装置及存储介质，用于快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，都应当属于本发明保护的范围。
混凝土泵车在作业的时候，其臂架的姿态在不停地变化，则其动力学参数也在不停地改变，为此需要对混凝土泵车臂架系统的动力学参数进行在线辨识，同时由于混凝土泵车臂架系统的杆件比较多，有5-8根，所以传感器采集的数据量也很多，通过以上分析可得，为了要快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数，同时又要实现在线辨识，采用最小二乘法对其动力学参数进行识别是最佳选择。在利用最小二乘法对混凝土泵车臂架系统动力学参数进行求解时，关键是要得到AX＝B形式的动力学方程，为此本发明提供了一种得到AX＝B形式动力学方程的方法。
下面以实施例的方式，对本申请技术方案做进一步的说明，如图1所示，为本申请中动力学参数识别的方法的一个实施例示意图，可以包括：
101、使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型。
可选的，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
102、根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数。
可选的，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角θ：
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角α大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角θ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
可以理解的是，在以上四个DH参数中，除了最后一个关节角θ外，其他三个DH参数均为定值，其值的大小和混凝土泵车臂架系统的臂杆的实际几何尺寸相关，关节角θ的大小取决于相邻两个臂架之间的旋转角度的大小。
103、根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
所述根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程，可以包括：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
可选的，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000081
其中，第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
可选的，所述根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量，可以包括：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure BDA0003026874260000082
其中i＝1，2，3，...6；Ri＝[ri0 0 1]T，其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量，Ri的形式为Ri＝[ri 0 0 1]T；
则
Figure BDA0003026874260000083
Figure BDA0003026874260000084
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure BDA0003026874260000085
的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000086
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
设臂杆质心相对于基坐标的各个方向的速度向量为
Figure BDA0003026874260000091
则
Figure BDA0003026874260000092
的具体形式为：
Figure BDA0003026874260000093
其求解公式为：
Figure BDA0003026874260000094
可选的，所述根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，可以包括：获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
示例性的，对于混凝土泵车臂架系统的总动能包括6个臂杆平动的动能和6个臂杆绕各自旋转轴旋转的旋转动能，则其大小为：
Figure BDA0003026874260000095
在上述公式中，臂杆转动惯量的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000096
其中mi为第i个臂杆的质量大小，Li为第i个臂杆的长度，θi为第i个连杆的角加速度大小。
Figure BDA0003026874260000097
表示第i个连杆质心相对于基坐标系的各个方向的速度向量，
Figure BDA0003026874260000098
对于混凝土泵车臂架系统，其总势能包括臂杆之间的弹性势能和臂杆的重力势能，则总势能大小计算公式为：
Figure BDA0003026874260000099
在上述公式中，ki为第i个臂杆和第i-1个臂杆之间关节的弹性系数，
Figure BDA00030268742600000910
为向量
Figure BDA00030268742600000911
中第三个元素的大小，g为重力加速度。
由总动能和总势能，则可以得到混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，其表达式为：
拉格朗日函数，即：L＝T-V
其中，T为总动能，V为总势能；
Figure BDA0003026874260000101
可以理解的是，在上一步中得到了整个臂架系统的拉格朗日函数基础中，对混凝土泵车臂架系统中的每一个连杆进行求解，可以得到每一个臂杆的拉格朗日方程组，其求解公式如下，其中θi为第i个连杆的角加速度大小；
Figure BDA0003026874260000102
在混凝土泵车臂架系统中，由于两个连杆之间的力矩主要是和速度相关的摩擦力矩和空气阻尼矩，假设用参数c来表示，则把i＝1，2，…，6依次带入上面的公式中，可以得到如下所示的6个连杆的拉格朗日方程组：
Figure BDA0003026874260000103
Figure BDA0003026874260000104
Figure BDA0003026874260000105
Figure BDA0003026874260000106
Figure BDA0003026874260000107
Figure BDA0003026874260000111
采用矩阵的形式表达，则其动力学方程为：
[I]{θ}+[c]{θ}+[K]{θ}+[W]{m}＝0。
在上述矩阵表达式中，各个矩阵的具体形式如下所示：
Figure BDA0003026874260000112
{θ}＝[θ1 θ2 … θ6]T，
Figure BDA0003026874260000113
Figure BDA0003026874260000114
对于矩阵[W]，其元素的具体形式为：
Figure BDA0003026874260000115
需要说明的是，在上一步中，得到了混凝土泵车臂架系统动力学方程的矩阵形式，为了能够利用最小二乘法的原理对混凝土泵车臂架系统的动力学参数进行求解，则要先对混凝土泵车臂架系统的动力学方程进行变形处理，将其动力学方程变成AX＝B的形式，其中X向量为待求向量。首先将混凝土泵车臂架系统动力学方程变成
Figure BDA0003026874260000116
令A＝[[θ] [θ]]，B＝[W]{m}-[I]{θ}，
Figure BDA0003026874260000121
则把混凝土泵车臂架系统的动力学方程化成了AX＝B的形式。其中：
Figure BDA0003026874260000122
X＝[[k1 k2 … k6] [c1 c2 … c6]]T；
Figure BDA0003026874260000123
Figure BDA0003026874260000124
B中的各个向量和矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000125
Figure BDA0003026874260000126
104、对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成。
105、根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。
令A＝[[θ] [θ]]，B＝[W]{m}-[I]{θ}，
Figure BDA0003026874260000131
则混泥土泵车臂架系统动力学参数求解公式为：X＝(ATA)-1ATB。
则混凝土泵车臂架系统的动力学参数求解公式为：X＝(ATA)-1ATB。
利用角速度传感器，可以得到混泥土泵车臂架系统各个臂杆的角速度大小，通过积分即可得到其角度大小，通过微分，可得到其角加速度大小，则对于上述求解公式，A和B矩阵大小均可以得到。
在本发明实施例中，使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。用于快速、准确地识别混凝土泵车臂架系统的动力学参数。同时又要实现在线辨识，采用最小二乘法对其动力学参数进行识别是比较好的选择。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种参数识别装置的一个示意图，可以包括：
建立模块201，用于使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
处理模块202，用于根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。
可选的，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
可选的，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角θ；
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角a大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角θ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
可选的，处理模块202，具体用于：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；
根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；
根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
可选的，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000141
其中，第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
可选的，处理模块202，具体用于：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure BDA0003026874260000151
其中i＝1，2，3，...6；
Ri＝[ri 0 0 1]T，其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量；
则
Figure BDA0003026874260000152
Figure BDA0003026874260000153
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure BDA0003026874260000154
的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000155
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
可选的，处理模块202，具体用于：
获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；
获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；
根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
如图3所示，为本发明实施例提供的一种参数识别装置的另一个示意图，可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器301；
与存储器301合的处理器302；
处理器302调用存储器301中存储的所述可执行程序代码，用于执行如下步骤：
使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
处理模块202，用于根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混泥土泵车臂架系统动力学参数的求解公式。
可选的，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
可选的，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角θ；
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角α大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角θ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
可选的，处理器302，具体用于：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；
根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；
根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
可选的，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure BDA0003026874260000161
其中，第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
可选的，处理器302，具体用于：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure BDA0003026874260000171
其中i＝1，2，3，...6；
Ri＝[ri 0 0 1]T，其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量；
则
Figure BDA0003026874260000172
Figure BDA0003026874260000173
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure BDA0003026874260000174
的计算公式为：
Figure BDA0003026874260000175
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
可选的，处理器302，具体用于：
获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；
获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；
根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种电子设备的一个示意图，可以包括如图2或图3所示的参数识别装置。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。
所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力学参数识别的方法，其特征在于，包括：
使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；
根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；
对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；
根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混凝土泵车臂架系统动力学参数的求解公式；
令A＝[[θ] [θ]]，B＝[W]{m}-[I]{θ}，
Figure FDA0003907899520000011
则混凝土泵车臂架系统的动力学参数求解公式为：X＝(ATA)-1ATB；利用角速度传感器，得到混凝 土泵车臂架系统各个臂杆的角速度大小，通过积分即可得到其角度大小，通过微分，得到其角加速度大小，则对于上述求解公式，A和B矩阵大小均可以得到；
其中，
Figure FDA0003907899520000012
θi为第i个连杆的角加速度大小；
Figure FDA0003907899520000013
矩阵[W]元素的具体形式为
Figure FDA0003907899520000014
Figure FDA0003907899520000015
表示第i个连杆质心相对于基坐标系的各个方向的速度向量，g为重力加速度，
Figure FDA0003907899520000016
为向量
Figure FDA0003907899520000017
中第三个元素的大小，
Figure FDA0003907899520000018
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量，
Figure FDA0003907899520000019
mi为第i个臂杆的质量大小，
Figure FDA0003907899520000021
Li为第i个臂杆的长度，{θ}＝[θ1 θ2 … θ6]T，
Figure FDA0003907899520000022
[c1 c2 … c6]]T，ki为第i个臂杆和第i-1个臂杆之间关节的弹性系数，ci为两个连杆之间的力矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述DH模型包括DH坐标系，所述DH坐标系的z轴为混凝土泵车两个连杆间的旋转轴线方法向，坐标系的x轴为沿着连杆方向，从前一个关节指向后一个关节，坐标系的y轴与x轴和z轴之间遵从右手系原则。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述DH参数包括：连杆长度a，连杆偏距d，转角α，关节角δ；
所述连杆长度a大小为沿着x轴方向，从前一个关节轴线到后一个关节轴线之间的距离；
所述连杆偏距d大小为沿着z轴方向，从所述DH坐标系的x轴到下一个坐标系的x轴之间的距离；
所述转角α大小为绕着坐标轴x，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中z轴旋转到下一个坐标系z轴之间的角度；
所述关节角δ大小为绕着坐标系中的z轴，遵从右手螺旋定则，从所述DH坐标系中的x轴旋转到下一个坐标系中的x轴之间的角度。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，所述根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程，包括：
将所述DH参数代入到前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵中得到旋转变换矩阵，根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的坐标向量，得到各个臂杆质心相对于基坐标系的速度矩阵；
根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数；
根据所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，对其中的每个连杆进行求解，可以得到每个臂杆的拉格朗日方程组；
根据所述每个臂杆的拉格朗日方程组，利用矩阵的形式表达，得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述前一个坐标系相对后一个坐标系之间的旋转变换矩阵的表达式为：
Figure FDA0003907899520000031
其中，
Figure FDA0003907899520000032
为第i个坐标系相对于第i-1个坐标系之间的旋转变换矩阵。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据旋转变换矩阵，得到各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量，包括：
第i个坐标系对于基坐标系之间的旋转变换矩阵的计算表达式为：
Figure FDA0003907899520000033
其中i＝1,2,3,...6；
Ri＝[ri 0 0 1]T,其中Ri为第i个连杆的质心在第i个坐标系中的坐标向量；
则
Figure FDA0003907899520000034
Figure FDA0003907899520000035
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量且
Figure FDA0003907899520000036
的计算公式为：
Figure FDA0003907899520000037
求得各个连杆的质心相对于基坐标系的坐标向量。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述各个连杆质心相对于基坐标系的速度矩阵，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数，包括：
获取所述混凝土泵车臂架系统的总动能，所述总动能包括转台绕自身旋转轴旋转的旋转动能、连杆做平动运动的平动动能和连杆绕各自质心做旋转运动的转动动能；
获取所述混凝土泵车臂架系统的总势能，总势能包括连杆的重力势能和每两个连杆之间的弹性势能；
根据所述混凝土泵车臂架系统的总动能和所述混凝土泵车臂架系统的总势能，得到所述混凝土泵车臂架系统的拉格朗日函数。
8.一种参数识别装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于使用DH法，建立混凝土泵车臂架系统的DH模型；
处理模块，用于根据所述DH模型和所述混凝土泵车臂架系统的实际尺寸，得到相应的DH参数；根据所述DH参数，利用拉格朗日法，求解得到所述混凝土泵车臂架系统的动力学方程；对所述动力学方程进行变形处理，得到AX＝B表达式，其中X向量均由待求的混凝土泵车臂架系统动力学参数组成；根据所述AX＝B表达式，利用最小二乘法，得到所述混凝土泵车臂架系统动力学参数的求解公式；
令A＝[[θ] [θ]]，B＝[W]{m}-[I]{θ}，
Figure FDA0003907899520000041
则混凝土泵车臂架系统的动力学参数求解公式为：X＝(ATA)-1ATB；利用角速度传感器，得到混凝 土泵车臂架系统各个臂杆的角速度大小，通过积分即可得到其角度大小，通过微分，得到其角加速度大小，则对于上述求解公式，A和B矩阵大小均可以得到；
其中，
Figure FDA0003907899520000042
θi为第i个连杆的角加速度大小；
Figure FDA0003907899520000043
矩阵[W]元素的具体形式为
Figure FDA0003907899520000044
其中
Figure FDA0003907899520000045
表示第i个连杆质心相对于基坐标系的各个方向的速度向量，g为重力加速度，
Figure FDA0003907899520000046
为向量
Figure FDA0003907899520000047
中第三个元素的大小，
Figure FDA0003907899520000048
为第i个连杆的质心相对于基坐标的坐标向量，
Figure FDA0003907899520000051
mi为第i个臂杆的质量大小，
Figure FDA0003907899520000052
Li为第i个臂杆的长度，{θ}＝[θ1 θ2 … θ6]T，
Figure FDA0003907899520000053
[c1 c2 … c6]]T，ki为第i个臂杆和第i-1个臂杆之间关节的弹性系数，ci为两个连杆之间的力矩。
9.一种参数识别装置，其特征在于，包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在处理器上运行时，使得处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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