江苏机械门户网
 
用户名: 密码: 注册账号
 
文章查询:
 现在的位置:首页 >> 技术
  最新图文
  资    讯 更多..
4 全球汽车制造商争相将中… 
4 聚焦智能制造解决方案,立… 
4 聚焦中部机床全产业链,2… 
4 重拾工匠精神,第三届机械… 
4 五大看点引爆中部制造业… 
4 中斯新能源汽车国际研发… 
4 各国汽车协会代表:各国汽… 
4 工业4.0要以“精益”为基 
4 张卫华:工业生产运行稳中… 
4 工信部:辛国斌在上海主持… 
  法律法规 更多..
4 科技部 教育部关于印发《…
4 动力电池和燃料电池行业…
4 2019年新能源汽车蓝皮书…
4 关于促进首台(套)重大技…
4 《智能船舶发展行动计划…
4 关于印发《江苏省新能源…
4 《工业互联网网络建设及…
4 《新材料技术成熟度等级…
4 2018年江苏省智能制造领…
4 汽车投资项目核准取消  …
基于混合摩擦表达的机器人模块化关节动力学建模与仿真

内容来源:机械设计与制造工程杂志      浏览次数:117      更新时间:2019-03-22


                                                 朱松青,李〓永,高海涛,刘〓娣
                                        (南京工程学院机械工程学院,江苏 南京〓211167)
摘要:摩擦是影响机器人关节动力学建模精度和控制精度的主要因素之一。针对传统单一摩擦模型无法准确描述关节复杂摩擦的问题,以设计的机器人模块化关节为对象,在分析机器人关节运动特性的基础上,建立了以相对速度为切换条件,静摩擦、库仑摩擦和Stribeck摩擦混合表达的关节混合摩擦模型来描述复杂的关节摩擦问题,并以此为基础建立了整个机器人模块化柔性关节的摩擦动力学模型。为了验证模型有效性,用MATLAB编写S-Function函数实现动力学模型并进行仿真,结果表明所建混合摩擦模型能够更好地反映关节内多种摩擦状态,提高了建模和控制精度。
关键词:模块化关节;摩擦;柔性;动力学建模;仿真
中图分类号:TP241.2〓文献标识码:A〓文章编号:2095-509X(2019)01-0005-04

    精确的动力学模型是分析机器人性能、实现对机器人精确控制的基础。但传统的机器人建模往往为了简化,忽略掉由于采用谐波减速器和力矩传感器而引入的柔性、摩擦等非线性因素,降低了模型的准确性和精度,为基于模型的控制系统设计带来了困难。
为了充分考虑机械臂关节柔性、摩擦、负载等非线性因素对机器人的影响,近十几年来,国内外研究者进行了大量的研究,并相继提出了多种模型。在关节摩擦问题的研究上,Albu-Schaffer等同时考虑了关节柔性和摩擦的影响,以库仑摩擦与静摩擦模型描述了关节运动的摩擦现象,建立了含摩擦的柔性关节动力学模型,但摩擦描述不够精确;席万强等进行关节动力性参数辨识研究时,在库仑摩擦、黏滞摩擦的基础上加入经验摩擦建立摩擦模型;贺莹等进行机器人关节能耗研究时,考虑LuGre摩擦建立了关节动力学模型,LuGre摩擦将两接触面用“刚毛”和“软毛”表示,通过软毛变形来表示摩擦力的变化;倪风雷和杜志江等考虑GMS摩擦建立了机器人关节动力学模型,GMS摩擦模型是基于N个并行的弹塑性元件的输出合力思想建立的,是目前较为先进的复杂摩擦模型。
    从以上的文献中可以看出,对于关节摩擦研究者尝试了多种摩擦模型,提出的模型各有特点和适用范围。但考虑到关节摩擦的复杂性,单纯依靠单一摩擦模型描述摩擦问题,要么模型过于复杂难以计算,要么模型准确性较低难以应用。为了平衡复杂性与准确性,综合运用多种摩擦模型是一种简单实用的思路。为此,本文结合机器人关节的运动特性,以静摩擦、库仑摩擦和Stribeck摩擦为基础,建立了一种准确实用的柔性关节混合摩擦模型,并将该模型引入到整个关节的动力学建模中,建立了同时包含柔性和摩擦的关节动力学模型。

1〓模块化关节系统模型
本文设计了一种适应可重构机器人特点的模块化中空关节结构。可重构机器人是一种连杆和关节可组装重构成不同构型的机器人,其关节主要由电机、谐波减速器、安全机构、输出法兰等构成,附带有力矩传感器、光电编码器等传感器。由于关节内采用力矩传感器和谐波减速器实现减速和力矩测量,因而关节内不可避免地存在柔性和摩擦等现象。要想实现精确的动力学建模必须考虑柔性



基金项目:国家自然科学基金资助项目(61503180);江苏省高校自然基金重大项目(15KJA46007);教育部人文社科基金(18YJCZH032)〖HTH〗
作者简介:朱松青(1969—),男,教授,博士,主要研究方向为机电系统集成,songqingzu@126.com.

文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289)

更多关注,请扫码

分享到:

 
版权所有:南京蓝页动力文化传播有限公司  苏ICP备14020118号-1

该网站由小贝网络工作室提供技术支持

 
360网站安全检测平台