机器人捕获漂浮目标的碰撞研究.pdf

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1、机器人捕获漂浮目标的碰撞研究朱映远，倪风雷’，杨明(1．哈尔滨工业大学机器人研究所，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)CollisionResearchontheCaptureFloatingGoalbyRobotZHUYing—yuan，NIFeng—lei，YANGMin(1．RobotResearchInstitute，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China；2．SchoolofAstronautics，HarbinI

2、nstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：随着机器人应用领域的不断扩展，需要机态的目标，这一过程必然会和目标器发生碰撞。因器人能够捕获漂浮目标。由于漂浮目标在捕获过程此必须研究这种碰撞对捕获的影响以确捕获成中不可避免地会和机器人操作器发生碰撞，导致目功[一。标器发生较大的位姿偏移。对此，利用六自由度漂目前，典型的空间领域机器人末端操作器有欧浮模拟装置，对捕获碰撞进行了研究，得到了机器人洲航天局的ROTEX，NASDA的ETS—VII以及德抓捕特定目标的规律，实现了提高捕获可靠性的

3、目国的ROKVISS]，本文基于一种六自由度模拟器的。以及6关节机器人和末端操作器，建立了漂浮目标关键词：机器人；碰撞；抓握模拟平台[5]，并对研制的机器人末端操作器进行了中图分类号：TH7；TP224；TM93不同初始位姿的捕获测试，分析了试验结果并得出文献标识码：B结论。文章编号：1001—2257(2011)02—0074—03Abstract：Withthedevelopmentofrobot，the1碰撞的分析研究robotshouldbehavingtheabilitytocapturethe机器人对漂浮目标的

4、抓捕操作分为3个阶段，floatinggoa1．Forthemanipulatorshouldimpact即接近阶段、接触及碰撞阶段和抓握阶段。在接触thefloatinggoalduringthecapture．Andthegoal及碰撞阶段会有冲击力产生，这个力会对机器人系movingandrevolvingmaybeleadtofalsecapture．统和目标器的稳定性产生影响，甚至会对两者造成Sobytheanalysisonthecollisionwiththe6rod破坏。因此对接触碰撞阶段进行分析研究。si

5、mulator，therulescanbegotandbeusedtoim—1．1建立机器人碰撞模型provethereliability．为便于分析，作如下假设：Keywords：robot；collision；capturea．机器人系统整体由刚体组成。b．当机器人的末端作用器与目标器接触时有碰撞力作用于机器人系统。O引言e．运动过程的运动学和动力学分析是在惯性坐随着人类空间活动的不断发展，以及航天飞机、标系中进行的。宇宙飞船和空间站的建立，大量的空间生产、空间加d．在惯性参考坐标系中，机器人系统的自由度工、空间装配、

6、空间维护和修理需要完成。利用机器为+6。目标器有3个旋转自由度和3个平移自人以及配置在机器人末端执行任务的操作器，可以由度，代表机械臂的自由度。目标器的位姿由反大大减小宇航员从事危险工作的代价和成本。在空作用轮和反作用推进器控制。间失重这种新环境下，机器人需要捕获处于漂浮状定义了2个坐标系统，其中一个是轨道上的惯收稿日期：2010—10—11性参考坐标系：J；另一个是附着于基座的基座坐·74·《机械与电子》2O11(2)标系∑B，其原点位于基座的质心。设R与r是第∑．，“；c=∑(一m[Rx-lE,-，×])，Cz=个连杆

7、的质心分别相对于坐标系∑J和∑B的原点的位置矢量；R为基座的质心相对于惯性坐标系∑(IU+[Rx]j“)，Cs一∑(+j原点的位置矢量；V和w分别为相对于惯性坐标系∑的线速度和角速度；和W分别为相对于基+[Rx]／“)，C一∑j．，C=∑m([ri×]+座坐标系∑B的线速度和角速度，可得：V一f+VB+WB×(1)×])×]，‰=[]W一∞+WB(2)1．2建立目标器碰撞模型其中，V和W分别为基座质心在∑I中的在碰撞过程中，作用在机器人末端作用器上的线速度和角速度，算子“×”表示向量R。的外积运冲击力为F￡，根据牛顿第三运

8、动定量可知，作用于算。目标器上面的外力为一F，由此可得目标器的运动和叫在基座坐标系中可以表示为；方程如下：ll：l，f(q)q畎。=[一F](5)其中J(q)是第i个连杆的雅可比矩阵，且J。其中，=f。。品1，。与J为目标器的一[]根据式(1)、式(2)，可得整个机器人系统的线质量和惯量，艾。=[]，与