基于虚拟样机的可重构模块化机器人动力学分析.pdf

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1、设计与研究Designand基于虚拟样机的可重构模块化机器人动力学分析张艳丽①③车金峰②李树军②③(①沈阳航空工业学院机电工程学院，辽宁沈阳110136；②东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110004；③机器入学国家重点实验室，辽宁沈阳110004)摘要：根据给定的工作任务分析确定可重构模块化机器人的构型后。进行机器人的轨迹规划和变量求解；然后采用牛顿一欧拉方法，并借助MATLAB软件设计用户界面计算和导出各个关节模块的实时控制变量值的文件，并将其导入ADAMS软件中进行动力学分析和仿真。关键词：可重构模块化机器人动力学分析中图分类号：THll

2、2文献标识码：ATheDynamicAnalysisofRecOgurableModularRobotsBasedonVirtualPrototypeZHANGYanli①③。CHEJinfeng~，LIShujun②③(03SchoolofElectromechanicalEngineering，ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering，Shenyang110136，CHN；(~)SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，NortheasternUniversi

3、ty，Shenyang110004，CHN；(~)StateKeyLaboratoryofRobotics，Shenyang110004，CHN)Abstract：Aftertheconfigurationofreconfigurablemodularrobotsisdeterminedaccordingtothegivenworktasks，theorbitandthevariableoftherobotiSwellprogrammed．ThentheNewton—EulermethodiSadopted，andMATLABthatisadopte

4、dincomputerlanguagesestablishestheUserInterfacesofcalculating．Thefileisderived，whichisreal-timecontrolvariablevalueofeveryjointmodulebyMATLABlanguage．ItischanneledintotheADAMSlanguage，thendynamicanalysisandsimulationoftherobotisdone．Keywords：Reconfiguration；ModularRobot；Dynamic

5、s；Analysis可重构模块化机器人的动力学系统是一个相对比的条件下，实现以Xo=400mm，Yo：250mm，Z0=650较复杂的系统，其特点是存在着较为复杂的非线性关mm，为圆心，在Xo=400mm，的平面内以100mm为半系。目前，对于机器人动力学的研究主要采用两种方径的圆形轨迹运动，并且要求末端执行器的夹持器保法，即拉格朗日方法Ll和牛顿一欧拉方法_2J。拉格朗持水平，即末端姿态矩阵R始终为：日方法的特点是不仅能用最简单的形式求得非常复杂『o0]的系统动力学方程，而且还能获得显式结构；牛顿一欧R=lo10I(1)拉方法是基于运动坐标系和达朗

6、贝尔原理建立系统动一】00j力学方程的，它没有多余的信息，而且计算速度快。本2构型选择文采用牛顿一欧拉方法，可以使可重构模块化机器人的关节模块受到的力(矩)计算更快更有效，同时借助根据工作任务要求(如图1)，在ADAMS环境下于MATLAB和ADAMS对可重构模块化机器人工作建立了一个六自由度可重构模块化机器人的虚拟样机时的动力学特性进行仿真分析j。模型，以对其动力学进行仿真分析-6j。其中，每一个1工作任务模块输出的最大力矩都是=30N·m，手腕每一个关节模块输出的最大力矩为Tm=8N·m，机器人各要求可重构模块化机器人在末端执行器没有负载个模块的

7、参数见表1。机器人学国家重点实验室开放基金资助项目(RLO200804)，一‘⋯u平幂0朋DesignandResea设计与研究持器保持水平的同时在平面内做工作圆形，为了便于编程所规划的轨迹转化为参数方程，该工作圆的参数手腕醵方程为：手腕回转D．、圈_l，一竹≤t≤fl"(2)卤旋转’．．表1六自由度可重构模块化机器人参数模块种类关节变量其他参数基础模块LB=100mmMB：1．5kg回圈转嘲关节1：回转模块0lL1R=150mrn肼IR=5．36kg0，l鲤I连杆模块1Ll=100mmMLl=O．176kg关节2：转动模块2d2=75mm(负偏置)

8、JIf=5．36kg连杆模块2=50mmM=0．11kg图1可重构模块化机器人关节3：转动模块如D3=75m