冗余度機器人容錯操作中運動學(xué)及動力學(xué)的突變研究.pdf

1、機器人關(guān)節(jié)發(fā)生故障后被鎖定作為一種簡單可靠的方式,得到越來越多地研究.但是關(guān)節(jié)鎖定對機器人的運動性能和動力性能產(chǎn)生一系列的影響,如鎖定前后的速度突變問題、鎖定后其它關(guān)節(jié)力矩超出限定值的問題等等,而這些問題國際國內(nèi)卻少有研究.該文在對冗余度機器人關(guān)節(jié)發(fā)生故障并被鎖定前后的容錯空間分析的基礎(chǔ)上,對機器人鎖定故障時刻非鎖定關(guān)節(jié)的速度突變和力矩超限問題進行了深入的研究,并進行了仿真計算.首先,結(jié)合冗余度機器人退化前后的容錯空間和軌跡空間關(guān)系分析

2、知道,采用退化可操作度規(guī)劃機械臂末端軌跡,能保證冗余度機械臂在發(fā)生故障時刻具有較高的操作能力;預(yù)先將末端軌跡置于相應(yīng)容錯空間內(nèi),不僅保證發(fā)生鎖定故障后能繼續(xù)完成后續(xù)的操作任務(wù),還能保證退化后的非冗余度機械臂在完成后續(xù)操作任務(wù)的過程中,始終保持較高的操作能力.但是,當(dāng)一個或一些關(guān)節(jié)發(fā)生故障并被鎖定后,都有哪些因素影響或決定容錯空間以及故障前后其它關(guān)節(jié)的速度突變呢?選定以退化可操作度作為冗余度機器人的優(yōu)化性能指標(biāo),以梯度投影法作為運動學(xué)優(yōu)化

3、控制的優(yōu)化算法,對鎖定故障關(guān)節(jié)后的容錯空間以及非退化關(guān)節(jié)在故障關(guān)節(jié)鎖定前后的速度突變進行了研究,得到末端速度、末端軌跡、末端起始點的位置、起始角度以及性能指標(biāo)等對容錯空間的大小和位置、關(guān)節(jié)速度突變量都有影響的結(jié)論.其次,當(dāng)某個或者某些關(guān)節(jié)在任意時刻失效并被鎖定時,在鎖定關(guān)節(jié)的那一瞬間,被鎖定關(guān)節(jié)的速度由某一個數(shù)值突然變?yōu)榱?這個速度突變必然會給操作臂末端帶來力的沖擊,如果作用力太大,末端軌跡也將發(fā)生變化.同時被鎖定關(guān)節(jié)的所受外力和力矩在

4、鎖定瞬間變?yōu)榱?鎖定后,此關(guān)節(jié)所受的力和力矩就要由其余的幾個關(guān)節(jié)分擔(dān).這樣相應(yīng)的,重構(gòu)機械臂的關(guān)節(jié)力矩將會明顯的增大,關(guān)節(jié)力矩也許還會超越限制值而導(dǎo)致機械臂不能正常工作.因此,為實現(xiàn)實時容錯控制,必須同時考慮運動學(xué)和動力學(xué)容錯問題.該文利用平面3R機構(gòu),對冗余度機器人發(fā)生鎖定故障關(guān)節(jié)前后,非鎖定關(guān)節(jié)的受力情況進行了研究,給出了兩類避免關(guān)節(jié)力矩超限的容錯規(guī)劃算法:一類是適應(yīng)于低速機械臂的靜態(tài)關(guān)節(jié)力矩的容錯算法;另一類是適用于高速機械臂的動