空间约束下多关节机械臂架末端柔顺控制方法

多关节机械臂的运动具有惯性和延迟特性,由于机械臂的质量分布和关节间的连接方式等因素,导致当控制信号发生快速变化时,机械臂需要一定的时间来响应并改变自身的状态。这种延迟导致机械臂在控制过程中出现过度振荡现象,从而严重影响机械臂的控制精度。为满足该类型机械臂良好的动态响应能力,以空间约束为前提条件,设计一种新的柔顺控制方法。根据多关节机械臂的驱动机构结构,计算机械臂末端与物体间直线距离。将其作为末端位置的限制参量,建立闭环向量约束方程。基于最小能量法设计全局搜索策略,对机械臂运动轨迹实现约束。基于此,结合比例-积分-微分控制技术(Proportional-Integral-Differential,PID)与递推最小二乘法,设计臂架末端的柔顺控制方法。在模拟场景与真实场景中分别完成研究方法的性能测试。测试结果显示,该方法控制下的末端移动轨迹更佳,回形和环形轨道上的平均误差仅有0.954mm、1.036mm,多关节机械臂架的真实应用场景下,研究方法控制下机械臂末端安装的螺栓轴线与栓孔轴线间的水平偏差仅有0.23mm,控制精准度能够保证高精度操作任务的准确完成。

Gough-Stewart并联机构无奇异位置空间分析

奇异位形严重影响Gough-Stewart并联机构的性能,有必要得到机构无奇异工作空间的分布,使机构在工作过程中避免出现奇异位形。基于机构的雅可比矩阵,得到机构位于给定姿态时的位置奇异轨迹表达式。利用机构位置反解建立机构的约束位置空间求解方法。综合考虑机构奇异位形影响,进一步得到机构无奇异位置空间。上述位置空间的求解方法可普遍应用于任意复杂形状的并联机构工作空间求解。研究进一步丰富了并联机构工作空间求解理论,并对机构奇异规避等问题的研究具有重要的参考价值。