无根欠驱动冗余机器人动力耦合特性研究

来源：机械工程学报杂志2016年第9期北京时间：

作者：李娜, 赵铁石, 姜海勇, 王家忠

单位：1. 河北农业大学机电工程学院 保定 071001; 2. 燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066004

摘要：无根多刚体系统和欠驱动冗余机器人系统实质上都属二阶非完整动力系统,其位姿空间约束方程不能满足控制要求,一般基于动力学方程对系统进行控制,即通过关节间动力耦合作用约束被动关节运动,因此此类机器人可控性分析的重点在于系统耦合运动特性研究。基于动力学虚设机构法及非完整系统微分变分原理,建立了无根欠驱动冗余机器人的动力学模型;针对虚设关节、主、被动关节进行动力学模型解耦,推导出了系统的二阶非完整约束方程及被动关节的加速度表达式;在此基础上,通过定义表征被动关节耦合运动的性能指标,针对不同位置主动关节输入参数对被动关节可控性的影响进行了仿真分析,得到了提高无根欠驱动冗余机器人可控性的有益结论,为实际欠驱动冗余机器人输入控制提供了参考。

关键词：动力耦合,二阶非完整约束,欠驱动,冗余机器人,无根多刚体系统；

基金资助：国家自然科学基金(51305125)、河北省自然科学基金 (E2013204110)和河北省高等学校科学技术研究基金(YQ2013007)资助项目