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《基于最优载荷分配的双臂机器人 协调运动在线控制算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第19卷第1期海南大学学报自然科学版Vol.19No.12001年3月NATURALSCIENCEJOURNALOFHAINANUNIVERSITYMar.2001文章编号:1004-1729(2001)01-0032-05基于最优载荷分配的双臂机器人协调运动在线控制算法12陈安军,蔡建乐(1.信阳师范学院应用物理系,河南信阳464000;2.湖南大学应用物理系,湖南长沙410082)摘要:以牛顿—欧拉算法为基础,建立适合于双臂机器人实时控制的在线控制算法,该算法包括3个部分,一是运动在线控制算法,二是在线载荷优化算法,三是逆动力学在线控制算法.该算法不仅给出相应运动学及动力学
2、递推计算公式,而且以载荷的最小范数为目标函数,实现载荷的最优分配,使在线控制算法更具应用价值.最后通过算例仿真验证算法的可行性.关键词:双臂机器人;协调运动;载荷分配;在线控制算法中图分类号:TP24文献标识码:A[1]双臂机器人的协调作业和两机器人的协调作业类似,一般分为紧协调(工件与双臂末端夹持器间无相对运动,构成闭链系统)和松协调(双臂在某些点位上的协调,不构成闭链系统),协调(一般指紧协调)运动过程双臂与工件之间必须始终保持一定的约束关系,其动力学方程的耦合程度增加,实时在线控制难度增大.双臂的协调作业需实时在线计算关节广义驱动力(移动关节为驱动力,转动关节为驱动力矩)
3、,因此,动力学逆问题的在线计算尤为重要.目前解决开链机器人逆动力学问题常用的方法有2种,一是拉格朗日—欧拉(Lagrange—Euler)法,二是牛顿—欧拉(Newton—Euler)法.从实时在线控制的角度,由于拉格朗日—欧拉法计算量较大,且在已知机器人各杆件的位置、速度和加速度的条件下,并不能直接求出关节广义驱动力,因此,一般情况下该法不作为实时在线动力学控制算法;而牛顿—欧拉法的计算效率高,且计[2～5][2]算任关节的广义驱动力非常有效,因此对该法的研究较多.Luh等人提出递推形式的牛[3]顿—欧拉法,He和Goldenberg利用增广体的概念对牛顿—欧拉法进行改进,进
4、一步地提高计算效率.由于双臂协调作业构成闭链系统,以上算法并不能直接应用,一般采用切割铰(关节)的方法,从双臂末端夹持器与工件的接触处切开,将闭链的双臂机构转化为2个单臂机器人机构和工件,由于在接触处末端夹持器对工件的作用以力的形式存在,且该力一般不易确定,需借助工件的运动规律,这种由工件的运动确定末端夹持器在与工件接触处的受力问题称为载[6,7]荷分配.载荷分配一旦解决,牛顿—欧拉法可直接应用.递推形式的牛顿—欧拉法是目前解决机器人逆动力学问题速度最快的串行算法之一,笔者着重研究该法在双臂机器人协调运动中的应用,并建立基于载荷最优分配的在线控制算法.本文讨论基于以下条件:组成
5、机器人的杆件为刚体,杆件间以单自由度的转动关节或移动关节连接,引入μi区分关节类型,当μi=1时,表示关节i为转动关节,当μi=0时,表示关节i为移动关节;机座固定不动,关节连接处无摩擦;以双臂搬运工件的协调作业为例讨论;采用收稿日期:2000-04-20基金项目:河南省科委自然科学基金项目(964072200)作者简介:陈安军(1962-),男,河南潢川人,信阳师范学院应用物理系副教授,硕士.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
6、第1期陈安军等:基于最优载荷分配的双臂机器人协调运动在线控制算法33Denavit—Hartenberg方法建立与杆件固连的连体基.1基于最优载荷分配的在线控制算法将双臂分为主臂(L)和从臂(F),设主臂由n个杆件构成,记为L1,L2,⋯,Ln,从臂由m个杆件构成,记为F1,F2,⋯,Fm.一般双臂均为运动冗余机构,即n>6,m>6.工件记为C,其质心为c.1.1在线运动学正向计算方法双臂协调运动中,两臂末端夹持器与工件间无相对运动,组[8]成闭链系统.通过工件质心的某一平面将工件切开,转化为2个单臂机构,工件质心在主臂机构中记为c,在从臂机构中记为c′.对主臂而言,由关节轨迹
7、规划可离线确定各关节的广义坐标qi、广义速度qÛi、广义加速度q¨i(i=1,2,⋯,n).考虑到反映杆件相对位置关系的运动学参数计算的方便性,为提高计算效率,将速度、角速度等运动学量均投影到杆件自身连体基中,运动学在线正向递推公式ωi=Aii-1(ωi-1+μiBÛqi),(1)vi=Aii-1vi-1+ω‰iAii-1ri-1i+(1-μi)Aii-1BÛqi,(2)ωÛi=Aii-1[ωÛi-1+μi(ω‰i-1BÛqi+Bq¨i)],(3)Ûv=Aii-1Ûvi-1+ωÛÝiAii-
