基于Udwadia-Kalaba方法的平面冗余并联机器人建模与轨迹跟踪控制

• 作者: 卢磊 夏链 汪鹏 董方方 陈珊 韩江
• 来源期刊: 应用数学和力学
• 学科: 工学
• 关键词: Udwadia-Kalaba方法 冗余驱动 并联机器人 动力学建模 轨迹跟踪控制
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 所属期刊栏目: 复杂系统工程算法及其应用选题
• 页码范围: 1183-1196
• 页数: 14页
• 分类号: TH113
• 语种: 中文
• DOI: 10.21656/1000-0887.400363

摘要

以平面冗余驱动并联机器人为研究对象,利用Udwadia-Kalaba(U-K)方法,将并联机构的物理连接抽象成系统约束,建立了平面2自由度冗余驱动并联机器人的闭链运动方程.首先,将2自由度冗余驱动并联机器人分割成3个无约束开链子系统,子系统的动力学方程由Lagrange法获得;然后,采用运动学约束来描述各子系统和末端执行器、子系统与基座之间的物理连接.对约束进行微分,并转化为二阶Pfaffian标准微分形式,通过应用U-K方程,可以获得满足该物理约束的约束力的解析解.根据U-K理论,将该约束力附加到无约束开链系统方程即可建立平面冗余驱动并联机器人的动力学模型.在轨迹跟踪控制器设计中,将期望的位置或者速度轨迹抽象成虚拟约束,并将约束条件转化为Pfaffian标准微分形式,再通过U-K方程求解各驱动关节满足给定轨迹约束所需要的输出力矩.该方法不需要Lagrange乘子或伪广义速度等辅助变量,并可以同时处理完整约束和非完整约束.数值模拟和分析结果表明,该建模与控制方法能够高效、系统、快速地建立平面2自由度冗余驱动并联机器人的动力学解析解耦模型,实现给定轨迹的高精度跟踪控制.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	韩江		183	961	15.0	18.0
2	夏链		92	546	12.0	16.0
3	汪鹏		5	37	3.0	5.0
4	董方方		4	25	2.0	4.0
5	陈珊		2	5	1.0	2.0
6	卢磊		3	9	1.0	3.0