巡线机器人运动学模型的建立及正逆解的求取.pdf

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1、研奔与分析·机械研究与应用·巡线机器人运动学模型的建立及正逆解的求取卢香利，王弦，鲍务均，吴功平(1．三一重工股份有限公司。湖南长沙410100；2．武汉大学动力与机械学院，湖北武汉430072)摘要：分析适用于水平两分裂导线的巡线机器人的结构特点，用D—H方法建立了巡线机器人的运动学模型，求得了运动学方程，研究了巡线机器人运动学正逆解的算法。关键词：巡线机器人；运动学；神经网络中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1006—4414(2011)03—0041—03Theestablishme

2、ntofkinematicsmodelofinspectionrobotandstudyonsolvingtheinversesolutionofthekinematicsequationLuXiang-li，WangXian，BaoWu-jun，WuGong-ping(1．GroupCo．，Ltd，ChangshaHunan410100，China；2．Collegeofpowerandmechanicalengineering，Wuhanuniversity，WuhanHubei430072，C

3、hina)Abstract：Structurefeaturesoftheinspectionrobotareanalyzedinthisarticle．ThekinematicsmodelisestablishedbyD～Hmethodandkinematicsequafonisobtalned，solutionandinversesolutionofthekinematiesequationisalsostudied．Keywords：inspectionrobot；kinematics；neur

4、~networks1前言2巡线机器人结构对电力系统进行经济有效的维护和监测已成为巡线机器人的行驶路径上有各种金属及绝缘子当今电力工业最重要的任务。因此研制出一种可靠等标准化零部件，巡线机器人需要有足够的灵活性来的带电作业线路故障巡检装置具有极大的工程实用跨越这些障碍物并避免与其它相线及相线上的障碍意义，巡线机器人即为满足这一要求的机电一体化系物碰撞。此巡线机器人采用双臂反对称悬挂式结构，统。机器人巡线具有近距离高精度，无巡检盲区的特其机构简图如图1所示。苎卫点，且其巡线费用相对于直升飞机而言要低廉的

5、多。机器人运动学是多体系统运动学与机器人学的交叉学科，主要研究机器人末端运动轨迹与各关节角之问的关系。巡线机器人运动学，包括运动学方程，运动学正解和逆解的求解，它们是研究机器人动力学和控制的重要基础。机器人运动学正问题，是指已知上：的旋蔓转关节图1巡线机器人结构简图机器人机构杆件的几何参数和关节角，求末端执行器，关节5是⋯一⋯⋯⋯⋯。一相对于机座坐标系的位置和姿态；运动学逆问题则是水平移动关节，关节9为指已知机器人机构杆件的几何参数和末端执行器相重心移动关节。不考虑重心调节机构的相对运动，此对于机座

6、坐标系的位姿，求机器人的各关节变量。在巡线机器人的自由度为7。机器人运动学问题中，运动学正解是唯一确定的，但3巡线机器人运动学模型的建立运动学逆解却不然。从工程应用的角度，机器人的运巡线机器人运动学，包括运动学方程、运动学正动学逆解往往更具实际意义，它直接关系到运动分解和逆解等。笔者用D—H方法建立了巡线机器人的析、轨迹规划、离线编程等，是机器人控制及性能评价运动学模型，建立各连杆坐标系如图2所示jJ。的前提，是机器人控制及性能评价的前提。由于巡线机器人结构的对称性，这里只讨论当偶笔者以适用于两分裂

7、架空高压线路的巡线机器臂为固定臂，奇臂为越障臂时的巡线机器人的运动学人为研究对象，在研究其结构的基础上，用D—H方法建模过程。偶臂固定时，巡线机器人机样连杆参数如建立其运动学模型，用BP神经网络进行运动学逆解表1所示。的求取，其求解过程简单。收稿日期：2011—04—02作者简介：卢香利(1983一)，女，湖北襄阳人，硕士，研究方向：机械设计及理论。·4l·研穷与分析机械研究与应用=表1巡线机器人机样连杆参数(偶臂固定时)=P．．．．．．．．．．。．．．。。．．．．．．L777O，，，．yooy卜。

8、ZO一一r100一△]r100一△]777．y0#口y口ZO以7p7p7p1?一Ay=Ayl++L0001JLOo01J77．图2所示的初始位置，各关节变量初始值分别为：d1=O；d4=516；d7=0；O2=O；3=-90。；5=-90。；一y06=O。。d由于机器人坐标系{0}是由偶臂固定坐标系{口s％_^r2c3一5：如西++)(2)((。一％+●++为了求解运动学逆解的方便，设末端连杆坐标系：．一C2c，s一sc，口=一$35s相对于基坐标系tot的位姿矩阵为