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线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真(二)

2012/9/28    来源:万方数据    作者:胡海燕  王鹏飞  孙立宁  赵勃  李满天      
关键字:连续型机器人  线驱动  仿生机器人  运动学分析  
在分析连续型机器人不同于传统离散型机器人的基础上,利用几何分析的方法提出一种简练、直观的线驱动连续型机器人运动学算法,对其单关节驱动空间、关节空间以及操作空间的映射关系进行分析,并描述其三维工作空间。针对线驱动机器人多关节之间存在耦合影响的问题,推导线驱动连续型机器人的两关节解耦运动学。同时在Matlab下对机器人末端位置和驱动线长度变化曲线进行仿真研究,并进行原理样机试验,验证了运动学算法的正确性并展示了其运动能力。

线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真(一)

4 运动学仿真研究

    连续型机器人相关参数为:直径为12mm,总长度为300mm,分为两节,每节长度均为150mm,在其驱动线所在分度圆的直径为10mm。在初始状态时,连续型机器人的旋转角度、弯曲角度以及各驱动线的变化量均为0,机器人末端坐标为[0,0,150]。在弯曲角庋为[0,π],旋转角度为[0,2π]的运动范围内,令采样次数s=60,在Matlab下编程,根据本文所提出的单关节运动学算法,对无约束情况下单关节的运动进行仿真,得出各驱动线长度变化曲线和末端位置变化曲线分别如图6、7所示。

单关节无约束时各驱动线长度变化曲线

    图6 单关节无约束时各驱动线长度变化曲线

单关节无约束时末端位置变化曲线

    图7 单关节无约束时末端位置变化曲线

    由于线驱动连续型机器人结构的特殊性,第1关节与第2关节之间存在着耦合关系。当连续型机器人第1关节单独运动时,为消除第1关节的运动对第2关节造成的耦合影响,须同时改变第1关节的各驱动线的长度。连续型机器人第1关节单独运动时,为消除两关节的耦合影响,采用线驱动连续型机器人多关节解耦运动学对第1关节进行分析,得到的各驱动线长度变化曲线如图8所示。

单关节有约束时各驱动线长度变化曲线

    图8 单关节有约束时各驱动线长度变化曲线

    线驱动连续型机器人两关节联合运动时,第2关节的运动是其自身运动与对第1关节解耦合运动的叠加。当第1关节弯曲角度运动范围为[0,π],旋转角度运动范围为[0,2π];第2关节弯曲角度运动范围为[π,0],旋转角度运动范围为[0,2π]时,对两关节各驱动线的长度变化与末端位置变化进行仿真,分别得到图9、10所示的变化曲线。

两关节联合运动各驱动线长度变化曲线

    图9 两关节联合运动各驱动线长度变化曲线

两关节联合运动末端位置变化曲线

    图10 两关节联合运动末端位置变化曲线

 

责任编辑:程玥
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