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高速重载码垛机器人运动学分析

时间：2017-12-06 来源：机器人在线 阅读：7440
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高速重载码垛机器人运动学分析

为了求取码垛机器人的最优轨迹并实现对机器人的最优轨迹控制，首先要对机器人的运动学以及动力学进行分析。本章将首先分析根据机构的几何性质以及杆件不干涉条件建立机器人的正运动学并求取其工作空间，推导Jacobi矩阵，建立机器人关节空间与笛卡尔空间下速度之间的关系。之后，将通过第二类拉格朗日方程建立机器人的刚体动力学模型。由于机器人高速重载运行情况下，关节柔性对其动力学影响显著，因此本章接下来将建立考虑关节柔性的机器人刚柔祸合动力学模型。最后，通过ADAMS建立机器人虚拟样机模型，以验证运动学及动力学模型的正确性并分析柔性存在对机器人动力学的影响。
 
 
 
同时，由该机器人的结构特点克制，其工作空间关于XoZ平面对称，在此仅绘制其在XoZ平面上的投影。由式(2-1)及式(2-4)，通过Matlab绘制出其投影如图2-2所示。
 

码垛机器人的动力学分析

根据上述分析可知，θ4仅决定了末端操作器的姿态，对机器人整体的动力学影响较小。因此，本文在进行动力学建模时，仅考虑θ1、θ2、θ3的影响。
在高速重载情况下，机器人相关部件的柔性(如关节柔性和杆件柔性)对动力学的影响较大，不容忽略，因此仅进行刚体动力学建模是不够的，需要进一步建立机器人的刚柔祸合模型。由于我们在码垛机器人本体结构设计时己对机器人杆件的刚度进行了优化设计，保证了在高速重载工况下运行时机器人杆件柔性远远小于关节柔性，因此，本文在建立机器人刚柔祸合动力学模型时，仅考虑机器人关节柔性(特别是机器人减速机的柔性)。为此，我们将首先进行机器人的刚体动力学建模，再考虑关节柔性建立机器人的刚柔祸合动力学模型。

机器人刚体动力学建模

在机器人刚体动力学模型建立过程中，将机器人各杆件视为刚性均质杆。由于各杆件形状并非规则的几何形状，其质心并不一定在杆件上，采用几何法直接计算质心位置十分困难。因此，我们采用三维设计软件(这里为Solidworks2014 )来求取机器人三维模型中各杆件质心的准确位置及夹角信息，以便得到较为精确的机器人动力学模型参数。
 
 
可以看出，1轴产生的重力项恒为0，2, 3轴的重力项大小仅与自身关节角度相关，不存在耦合。

考虑关节柔性的机器人刚柔耦合动力学分析

关节柔性的模型建立主要是基于Spong模型。在Spong模型基础上，Farid在模型中引入了杆件柔性，并对关节柔性和杆件柔性对系统影响进行了对比，得出了关节柔性更明显的结论。
参照Spong提出的柔性关节的无惯量扭簧模型，将减速机等效成性减速装置和柔性扭杆两部分，等效原理图如图2-3所示。
 
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