UUV作业机械手运动建模与轨迹规划研究.pdf

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1、控制技术计Co算mp机ute测r量M与eas控ure制m．en2t01&3．C2o1n(tr8o)l·2125·文章编号：1671—4598(2013)08—2125—04中图分类号：TH873．7文献标识码：AUUV作业机械手运动建模与轨迹规划研究徐健，王久光，乔磊，严浙平(哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001)摘要：针对水下无人潜行器(UUV)机械手作业任务的需要，建立了uuV三自由度水下机械手的正运动学及逆运动学模型；提出了一种三次多项式插值关节轨迹规划的方法，对UUV机械手的运行轨迹进行了规划，结合UUV三自由度机械手逆运动学模型，进行

2、了uuv作业机械手轨迹规划的仿真计算，给出了三自由度水下机械手作业时，各关节的位置及速度的规划仿真曲线；其仿真结果表明了该规划方法的可行性和有效性。关键词：uuv机械手；运动学；轨迹规划；仿真计算InvestigationofKinematicandTrajectoryPlanningforaUUVManipulatorXuJian，WangJiuguang，QiaoLei，YanZheping(HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract!Forthetaskrequirementof

3、theUUVmanipulator，theUUV3degreeoffreedommanipulatorkinematicsmodelingisintro—ducedinthispaperwhichincludesforwardkinematicsandinversekinematics．Proposingamethodof3一splineinterpolationjointangletraj—ectoryplanning．andthemotiontrackoftheUUVmanipulatorisplanned．Combiningtheinversek

4、inematicsmodelofUUV3degreeoffree—dommanipulator，theplanningsimulationcurveofthepositionandvelocityofeachjointaregiven，andthesimulationresultsindicatetheplanningmethodisfeasibleandeffective．Keywords：UUVmanipulator；kinematics；trajectoryplanning；numericalsimulation0引言安装在UUV上的机械手是完成

5、深海探测、军事应用等任务的重要设备。自主机械手系统已经应用于太空和水下作业，这些复杂作业的完成需要对机械手的运动规律进行研究。机械手运动学研究的是操作机械手的运动[1]，分析机械手运动学可以建立起机械手末端夹持工具与各关节之间的位姿关系，对研究机械手作业过程中的运动规律及保证末端执行器位姿具有重要意义。机械手轨迹规划0是机械手正运动学及逆运动学的实际应用，也是保证机械手完成作业任务的一个复杂而困难的问题。合理地规划机械手的运动轨迹，是机械手顺利完成作业任务的固定予UrN上的基座前提和保障。近年来，许多新的控制方法[4]的引入，在机械手图1机械手臂结构简

6、图路径规划的应用中显示出了很大的优越性，推动了水下机械手1．1正运动学模型的智能化发展。对于3自由度UUV机械手臂，且其关节全部为转动关l机械手运动学模型的建立节，机械手臂的结构简图如图1所示。机械手运动学研究的是操作机械手的运动，它涉及到运动其中3个关节中心分别位于Gl埘，。，0处。物体的位置、速度、加速度和位置变量对于时间的高阶导数。设机械臂各连杆长度为a，a。对于一个空间机构，当各臂通常对机械手运动学的研究包括两类问题，一是机械手关节坐杆相对运动均为转动时，相邻两个臂杆上的坐标系的变换可由其标给定时，要求求出末端夹持工具的相应位置和姿态，称为正次

7、坐标变换矩阵{T表示，因此手部的变换可由式(1)表示：运动学问题；二是当已知末端夹持工具的位置和姿态时，要求3T一2T；T(1)解出机械手各关节的坐标值，称为逆运动学问题。该机械手各杆件的结构参数如表1所示：表1机械臂连杆及关节参数表aini(关节变量范围COSatsinai(／)(／ram)(／mm)变量)(／。)(／。)收稿日期：2013—03—05；修回日期：2013—05—10。19OO1OO0m1—9O～+9001基金项目：中国自然基金(51179o38／EO91002)。2O69OOOmz——9O～—一901O作者简介：徐健(1980一)，

8、男，湖北人，工学博士，主要从事潜器与3069OOOm3——90～—一901O水下机器人智能控制