基于类拉格朗日方程的UVMS动力学简化建模方法

TJ630.33%U664.82; 作为一种具有强非线性、强耦合、时变、冗余且高维度的复杂系统,水下机器人-机械臂系统(UVMS)的建模、运动控制和稳定性研究都具有较大的难度.在动力学建模中,对于自由度较高的复杂UVMS,采用传统拉格朗日方程建模,需要对广义坐标向量和其导数分别进行求导和求偏导操作,会面临符号求导计算量大、建模效率低等问题.因此,文中基于类拉格朗日方法提出一种适用于 6+n自由度UVMS的动力学简化建模方法,以减少符号化公式推导的运算量,提高建模效率与结果的准确性.最后结合BlueROV水下机器人与Reach Alpha水下机械臂的实物参数对所建立的模型进行了数值仿真,实验结果...

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Published in水下无人系统学报 Vol. 32; no. 5; pp. 891 - 900
Main Authors 杨青宇, 任凭, 王浩
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国海洋大学 工程学院自动化及测控系,山东 青岛,266100 01.10.2024
Subjects
类拉格朗日方程
simplified modeling
简化建模
Quasi-Lagrange
underwater vehicle-manipulator system
水下机器人-机械臂系统
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ISSN2096-3920
DOI10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0002

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Summary:TJ630.33%U664.82; 作为一种具有强非线性、强耦合、时变、冗余且高维度的复杂系统,水下机器人-机械臂系统(UVMS)的建模、运动控制和稳定性研究都具有较大的难度.在动力学建模中,对于自由度较高的复杂UVMS,采用传统拉格朗日方程建模,需要对广义坐标向量和其导数分别进行求导和求偏导操作,会面临符号求导计算量大、建模效率低等问题.因此,文中基于类拉格朗日方法提出一种适用于 6+n自由度UVMS的动力学简化建模方法,以减少符号化公式推导的运算量,提高建模效率与结果的准确性.最后结合BlueROV水下机器人与Reach Alpha水下机械臂的实物参数对所建立的模型进行了数值仿真,实验结果验证了UVMS的复杂耦合性.基于文中方法建立的动力学模型具有明确、清晰的方程形式,能够为控制算法研究与耦合力优化提供有力支撑,为动力学参数设计与轨迹规划研究提供参考.
ISSN:2096-3920
DOI:10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0002