空间冗余机械臂动力学建模与控制研究

"冗余机械臂构型控制-泛海三江消防主机9000系列说明书" 冗余机械臂是机器人技术中的一个重要概念，尤其在航天领域中具有广泛的应用。冗余机械臂指的是具有超过完成基本任务所需自由度的机器人臂。这种设计允许机械臂在执行任务时具备更大的灵活性和适应性。 在描述中提到的6自由度空间机械臂，即拥有六个独立运动轴的机器人臂，能够实现全方位的位姿控制。对于非冗余机械臂，每个笛卡尔空间中的位姿对应一组唯一的关节角度，因此控制是确定的。然而，冗余机械臂在相同末端位姿下有多种不同的关节配置，这被称为“自运动”。冗余度的存在使得机械臂可以优化运动学和动力学性能，例如避免奇异点、避开障碍物或减少关节驱动力矩。 3.2.1节中，构型控制原理阐述了如何处理冗余自由度的问题。为了消除冗余度带来的不确定性，需要引入构型控制，即通过扩展的任务向量来确定某一时刻机械臂的最佳构型。这通常涉及选择与关节角度相关的运动学函数，以确保在完成任务的同时优化各种性能指标。 此外，提到了一个硕士学位论文，研究了7自由度冗余机械臂的动力学建模与控制。7自由度机械臂的动态计算更为复杂，且控制过程中需要解决“自运动”问题。论文主要研究内容包括基于铰接体算法的动力学建模、冗余机械臂的位置控制以及增强混合阻抗控制的力控制策略。 在动力学建模方面，铰接体算法是一种有效的方法，它使用空间矢量描述来简化计算，同时通过SimMechanics等仿真工具验证模型的准确性。冗余机械臂的位置控制则涉及到如何在众多可能的构型中选取最优解，以满足特定任务需求。而力控制研究则考虑了如何通过增强混合阻抗控制来改善机械臂与环境交互的能力，特别是在执行需要精确力感知的任务时。 冗余机械臂构型控制的关键在于如何利用多余的自由度来优化性能，同时解决由此带来的控制复杂性。这需要综合运用运动学、动力学和控制理论，确保机械臂在复杂环境下能有效地执行任务。