关键词：救援机器人;;冗余自由度;;液压机械臂;;运动学分析;;轨迹跟踪;;时延估计
摘 要：地震等自然灾害给人民生命财产安全造成巨大损失,研究高效救援装备、突破共性关键技术,是发展应急救援产业的重要基础。本文以自主设计开发的七自由度液压机械臂为基础,开展运动学分析和关节空间内轨迹跟踪控制两方面的研究,可进一步提高救援机器人的自动化水平,提高冗余自由度液压机械臂的轨迹跟踪控制精度。首先,根据救援机器人现场功能要求开发机械臂平台,参考人体手臂设计了一种新型RRRPRPRPRPRYRR构型的七自由度机械臂结构,采用液压驱动方式提供动力。基于xPC Target平台开发冗余液压机械臂实时控制系统。其次,对冗余液压机械臂进行正运动学分析,使用蒙特卡罗法获取机械臂的工作空间,采用微分变换法求解机械臂的雅克比矩阵。针对机械臂冗余特性对逆运动学求解带来的问题,提出一种基于加权最小范数法和闭环的求解算法。此方法通过设置新型阻尼系数计算公式,提高雅克比矩阵求解稳定性,避免出现奇异形态。通过添加目标优化函数,避免出现超出关节极限位置的情况。基于闭环求解思路对算法进行优化,提高逆运动学求解精度。然后,针对具有强非线性和较多不确定性因素的液压机械臂关节空间轨迹跟踪问题,建立动力学简化模型,提出一种基于时延估计技术的自适应模糊方法,采用李亚普洛夫理论验证控制方法的稳定性。基于MATLAB和ADAMS建立联合仿真平台,验证所提方法的有效性。对三种基于时延估计技术的控制方法进行对比实验研究,开展关节空间内的轨迹跟踪实验。最后,结合逆运动学求解与关节空间内的轨迹跟踪控制两种方法,开展在空间直线和曲线期望轨迹下的轨迹跟踪实验,实现在任务空间内对给定末端轨迹的跟踪。
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