基于摆线运动规律的悬索并联机器人轨迹规划3-南京天文光学技术.pdf

第 23 卷第 9 期 机 　械 　设 　计 Vol . 23 　No . 9 2 0 0 6 年 9 月 J OU RN AL O F MA C H IN E D ESI GN Sep . 　 2006 基于摆线运动规律的悬索并联机器人轨迹规划 庄鹏1 ,2 ,姚正秋1 ( 1. 中国科学院 国家天文台南京天文光学技术研究所 ,江苏 南京 　2 10042 ; 2 . 中国科学院 研究生院 ,北京 　100039) 摘要 :六自由度绳索悬挂式并联机器人属于大柔性机械系统 ,为保证运动的平稳性 ,要求动平台的运动轨迹光滑连 续 ,为此提出了基于摆线运动规律的笛卡儿空间连续轨迹规划方法 ,该方法计算简单 ,实时性好 。利用该方法对直线轨 迹 、圆轨迹和过离散点轨迹进行了规划 。运动学和动力学方程的计算结果表明 ,绳索的速度 、加速度和拉力变化连续平 缓 ,而且绳索拉力始终大于 0 ,因此动平台运行过程中动态响应小 ,绳索张紧可靠 。该方法适用于悬索机器人的轨迹规 划 , 同样也适用于对运动平稳性要求较高的其它机器人系统 。 关键词 :悬索并联机器人 ;轨迹规划 ;摆线运动 中图分类号 : TP24 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :100 1 - 2354 (2006) 09 - 002 1 - 04 　　20 世纪 80 年代末期美国国家标准技术研究所首次研制成 的变化规律 ,结果表明这种新颖的轨迹规划方法不仅计算较为 功第一台由6 根绳索驱动 、具有 6 个可控 自由度的绳索悬挂式 简单 ,而且动平台的运动轨迹连续平滑 ,保证了运动的平稳性 。 [ 1] ( ) 并联机器人 以下简称悬索机器人 。这类机器人采用 6 个 电机带动绞盘旋转以改变 6 根绳索的长度和牵引速度来控制 1 　悬索机器人的运动学模型和 动平台的运动轨迹 , 由于绳索仅能承受拉力 , 因此 ,在工作过程 中必须保持张紧状态 。悬索机器人具有工作空间大 、惯性小 、 动力学模型 结构简单 、拆装容易及有效载荷与 自重比高等优点 ,在近年来 备受关注 。目前已试制样机成功地应用于焊接 、切削、磨削、装 悬索机器人的构型如图 1 所示 。动平台通过 6 根绳索悬挂 配 、喷漆 、桥梁建筑 、核废料处理 、货物装卸及海底打捞等 ,尽管 于定平台之下, 在定平台和动平台的质心分别建立惯性主轴坐 许多工作仍然处于实验阶段 ,但是可以预见悬索机器人具有广 ( ψ θ φ) T 标系{ B} 和{ P} , 动平台的位姿用 X = x 　y 　z 　 　 　 表 阔的应用前景[2 ,3 ] 。 ( ) T ( ψ θ φ) T 示, 其 中 x 　y 　z 表示动平 台的位置, E = 　 　 为 悬索机器人轨迹规划是在运动学和动力学的基础上 ,根据 ( )