资源描述：
《多机械臂搬运同一物体的协调动态载荷分配》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、丫川,第卷第期力学学报人哎工,多机械臂搬运同一物体的‘,协调动态载荷分配··王兴贵韩松臣秦俊奇邵成勋,石家庄中国人民解放军军械工程学院。‘哈尔滨工业大学航天工程与力学系,哈尔滨摘要针对多机械臂共同搬运同,一物体形成闭运动链的协调系统研究了多机械臂协调动态载荷分配存在冗余情况下的实时性分配方法文中提出了“虚集中惯性质量棒”的概念,进而根据各机械臂的承载能力,采用线性加权的方法发展了一种操作物体质心处零内力的载荷分配原则最后给出了系统载荷分配的解析表达式,有效地解决了多机械臂搬运同一物体时其动态载荷分配的实时性问题关键词多机械臂系统,协调动力学
2、,载荷分配,逆动力学,冗余系统引言多机械臂协调在工业自动化、航天、海洋开发等领域所展现出的应用前景,已引起了愈来‘一,愈多的国内外研究者们的重视【其中多机械臂搬运同一物体的紧协调问题则是该领域的研究热点因为多机械臂形成闭运动链后,一个特有的问题就是在工作过程中几个机械臂之间的运动和受力是相互关联的,系统内的控制力数目多,其逆动力学解不唯一因此,它出现了协调控制中载荷分配的新问题,即要使系统实现预先规划的期望运动轨迹,在实施控制之前,一个重要的问题就是要在各机械臂之间适当地分配对公共载荷的作用力,以保证机械臂在协调工作中不发生过载现象和不使物
3、体的受力超出物理极限或滑脱通常研究者们都将载荷分配问题’一处理为一个有约束的优化问题目前有关文献研究的核心问题之一就是整个系统目标函数的选取和约束条件的合理确定但是,对于多机械臂协调的载荷分配需要解决的关键问题还是实时性问题尽管文献,等在规划方法方而作了不少工作。其实时性仍是一个大问题所以,如何能将模型简化,并在一定约束条件下给出载荷分配的解析表达式,将其直接与控制器结合实现在线运算则是该问题研究的关键所在,“”的,本文根据多机械臂搬运同一刚性物体的特点首先提出了虚集中惯性质量棒概念并给出相关的系统动力学模型然后提出了物体质心处零内力的载荷
4、分配原则最后,导出系统动态载荷分配的解析表达式文中给出了个机械臂搬运同一物体的算例多机械臂协调系统的整体动力学描述多机械臂搬运同一物体的系统构形图如图所示设系统由个机械臂组成,根据牛顿欧拉方程可得被搬运物体的动力学方程为一一,一收到第一一稿收到修改稿国家自然科学基金及中国科学院机器人学开放研究实验室基金资助项目力学年第卷‘·、。,。卜戈艺云人。一。几。艺乞‘认才艺几凡乞,为物式中体质量及对质心的惯量张,山,。,图多机械臂搬运同一物体系统构形图量为物体质心的线加速度角加速度和角速度瓜为物体质心至机械臂爪端坐标系‘,‘价原点的矢径为机械臂。‘,
5、‘。‘乞,。。”,山“对物体的作用力和力矩式中戈。因此方程的正,即、,‘。和山是,解已知求确定的然而系统在工作之前必须先确定各机械臂对公共‘,、,。,山,,物体的作用力和力矩当依据物体的期望运动轨迹戈求和时即方程的逆解是不确定的如何根据各机械臂的承载能力合理地确定其对公共物体的期望作用力和力矩的问题就是系统的载荷分配解决这一问题的关键是建立系统内各机械臂对应公共载荷的合理数学描述关系多机械臂协调的动态载荷分配虚集中惯性质量棒由于方程的逆解不确定,无法直接给出其解析解,为避免通常用优化的方法进行系统的“”动态载荷分配实时性差的难题首先定义一个
6、新概念虚集中惯性质量棒假设有一个无质—量的刚性棒的一端具有集中质量和惯量张量,如图所示,设外力和力矩作用在其无了,二戈。,质量端再引入惯性力惯性一,一、山一公。,运力矩用达朗伯原理,图中虚集中惯性质量棒受力的动态平衡方程如下之十尸一。外图虚集中惯性质量棒的受力图‘,、一二、,了了,夕式中多机械臂协调载荷分配通常在多机械臂共同搬运同一物体的协调系统中的各机械臂爪末端均装有腕力矩传感器或柔顺腕等顺应装置因此,当实际被搬运物体的变形刚度远大于系统顺应装置的弹性刚度时,即“”可假设被搬运物体是理想的刚性物体再引入一个概念等效质量和等效惯量张量将刚性
7、物一体的分布质量和对质心的惯量张量向质心处简化,使其在质心处具有与原物体等效的集中质量第期王兴贵等多机械臂搬运同一物体的协调动态载荷分配。。和集中惯量张量这样可将原多机械臂协调系统简化为由各机械臂抓握一个无质量的刚性棒在原物体的质心处相连,而物体的质心处具有与原物体等效的集中质量和集中惯量张量物体的受力图简化为图所示通过以上简化,再根据系统内各机械臂的承载能力,采用线性加权的方法,基于虚集中惯性质量棒的概念进行分配机械臂的工作载荷设系统内第乞个机械臂的承载能力系数为。一”““搬运“”在争,图操作物体简化受力图。质心处的等效集中质量二和集中惯
8、量张量假想按各机械臂的承载系数石分割为二份,有石‘乞,,二易一当已知载荷的期望运动轨迹分配系统内各机械臂爪端提供的期望接触力矛和力矩梦时,假设各虚集中惯性质量棒在物体质心汇聚点处
