线驱动柔性机械臂的运动学分析

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ＴｈｅＫｉｎｅｍａｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡＣａｂｌｅ．ｄｒｉ、ｅｎＳｏｆｔＲｏｂｏｔｉｃＭａｎｉｏｕｌａｔｏｒ
ＹｕＸｉａｏｊｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎＮｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｌｅｎｇｔＬｖａｒｉａｂｌｅｓｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｓ．Ｔｈｅｓｏｔｆｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｍａｄｅｏｆｅｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｈａｓｉｎｉｎｆｉｔｅｄｅｇｒｅｅｏｆｒｆｅｅｄｏｍ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｉｔｔｏｂｅｈｉｇｈｌｙｓａｆｅａｎｄｄｅｘｔｅｒｏｕｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｓｏｍｅｄｉｉｃｆｕｌｔｉｅｓｒｉｓｅｓｕｃｈａｓｂｕｉｌｄｉｎｇｋｉｎｅｍａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓａｎｄｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏ１．Ｂａｓｅｄｏｎｐｉｅｃｅｗｉｓｅｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｖａｔｕｒｅｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ，ａｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｒｅｅ
ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶ
研究与设计
微型电脑应用
２０１３年第２９卷第４期
文章编号：１００７－７５７Ｘ（２０１３）４ — ０００、
主机械臂的运动学分析
ｐａｐｅｒｈａｓｎｏａｎｙｒｉｇｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌａｃｔｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｎｎｅｃｔｓｗｉｔｈｔｈｅｓｏｔｆｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｂｙｔｈｅｃａｂｌｅｓｅｍｂｅｄｄｅｄ
俞晓瑾 Байду номын сангаас
摘要：与传统的由连杆和关节构成的刚性机械臂不同，设计的柔性机械臂无任何刚性结构，外围驱动装置通过嵌在机械臂
内部的拉线与柔性机械臂相联系，控制拉线长度的变化量即可调整柔性机械臂末端执行器的位置和姿态。柔性机械臂由弹性
ｉｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ａｎｄｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｄ — ｅｆｅｃｔｏｒｏｆｔｈｅｓｏｆｔｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｃａｎｂｅａｄｊｕｓｔｅｄｂｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｅｒｒｆｏｍｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｉｇｉｄｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｓｔｏｆｌｉｎｋｓａｎｄｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅｓｏｆｔｒｏｂｏｔｉｃｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｉｓ
材料制作而成，拥有无穷多个自由度，在确保了高安全性、高灵活性的同时，随之也带来运动学和动力学建模复杂、控制难度大等问题。基于分段常曲率的假设，提出了一种运动学建模方法，通过建立３个空间，即驱动空间、虚拟关节空间、任务空间，以及两个映射，即驱动空间一虚拟关节空间映射、虚拟关节空间一任务空间映射，将拉线长度的变化量和柔性机械臂末端执行器的位置和姿态关联起来。仿真结果表明，提出的线驱动柔性机械臂的运动学模型，能较为真实地模拟柔性机械臂在拉线长度变化时的形态，计算末端执行器的位置和姿态。关键词：线驱动；柔性机械臂；运动学；分段常曲率中图分类号：ＴＰ２４１文献标志码：Ａ