冗余度机器人协调操作运动学容错的研究

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锁定机器人的故障关节是一种简单可靠的容错方式,它已得到越来越多的关注和研究。关节锁定后必然会对机器人的运动性能和操作性能产生一系列的影响。本文针对双臂协调机器人的关节发生锁定故障时的速度突变和容错空间等问题进行了数值分析与虚拟样机的仿真。 首先,建立了两机器人协调操作的运动约束方程,构造了容错性能指标,并对故障时刻、故障后的容错问题进行了研究,给出了速度突变的计算表达式和容错空间的计算方法。然后提出了在满足主、从机器人的末端操作任务位于各自的容错空间内,满足退化可操作度极大化的条件下,在工作平面内找到某一位置,使主、从机器人发生关节锁死故障时刻非故障关节速度突变和最小的规划算法。 其次,在数值分析方面,当双臂机器人协调操作过程中发生关节锁定时,不仅各个关节锁定前后速度会发生突变,末端的被夹持物体的速度也会发生突变,主、从机器人末端与被夹持物体间的作用力也会产生突变。针对不同的末端速度、末端轨迹任务和不同的梯度步长等情况进行了分析研究,得出当被夹持物体在最优初始位置时,系统的速度突变明显减小。 最后,在虚拟样机仿真中,利用CAD软件UG和动力学仿真软件ADAMS建立了双臂协调的虚拟样机模型。在仿真中,本文分别采用最优与一般位置作为初始位置,对被夹持物体的运动精度,机器人末端与被夹持物体间的作用力等问题进行了仿真分析,进一步验证了数值分析的结论。
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