?

基于傳遞矩陣法的足式機器人四連桿腿部機構正向與逆向動力學分析

2024-01-12 04:40趙鑫宇宋延松朱曉蕙剛憲約柴匯

趙鑫宇 宋延松 朱曉蕙 剛憲約 柴匯

文章編號:1671-3559(2024)01-0115-08DOI:10.13349/j.cnki.jdxbn.20231223.001

摘要:為了保證足式機器人腿部機構的控制準確性與實時性,利用向量代數方法,對足式機器人四連桿腿部機構進行幾何運動學分析;根據有限元形函數理論,建立足式機器人四連桿腿部機構典型構件的質量離散方法;在幾何運動學分析的基礎上,基于力矩平衡原理,分別進行正向與逆向動力學分析;利用線性變換原理并結合傳遞矩陣法,建立足式機器人四連桿腿部機構正-逆向動力學統一模型,并利用Adams軟件建立足式機器人四連桿腿部機構虛擬樣機模型,進行正向與逆向動力學仿真實例分析。結果表明,所建立的足式機器人四連桿腿部機構正-逆向動力學統一模型與虛擬樣機模型3個油缸力與3個方向足底力的誤差分別小于1%與3%,驗證了所建立的足式機器人四連桿腿部機構正-逆向動力學統一模型能夠精確地求解油缸力與足底力。

關鍵詞:足式機器人;腿部機構;動力學分析;傳遞矩陣法

中圖分類號:TP242.3

文獻標志碼:A

開放科學識別碼(OSID碼):

Forward and Reverse Dynamics Analyses on Four-bar Linkage

Leg Mechanism of Legged Robots Based on Transfer Matrix Method

ZHAO Xinyu1, SONG Yansong1, ZHU Xiaohui1, GANG Xianyue1, CHAI Hui2

(1. School of Transportation and Vehicle Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255000, Shandong, China;

2. Center for Robotics, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China)

Abstract: To ensure control accuracy and instantaneity of leg mechanism for legged robots, geometric kinematic analysis on four-bar linkage leg mechanism of legged robots was carried out by using vector algebra method. A mass dispersion method for typical bars of four-bar linkage leg mechanism of legged robots was established according to finite element form function theory. On the basis of geometric kinematic analysis and principle of moment balance, forward and reverse dynamic analyses were carried out respectively. A unified forward-reverse dynamics model for four-bar linkage leg mechanism of legged robots was established by using principle of linear transformation and combining transfer matrix method. A virtual prototype model for four-bar linkage leg mechanism of legged robots was established by using Adams software for example analysis of forward and reverse dynamics simulation. The results show that errors of three cylinder forces and plantar forces in three directional between the established unified forward-reverse dynamics model and the virtual prototype model for four-bar linkage leg mechanism of legged robots are less than 1% and 3% , which verifies that the established unified forward-reverse dynamics model for four-bar linkage leg mechanism of legged robots can accurately solve cylinder force and plantar force.

Keywords: legged robot; leg mechanism; dynamics analysis; transfer matrix method

收稿日期:2022-09-25????????? 網絡首發時間:2023-12-25T10:35:24

基金項目:國家自然科學基金項目(62073191);山東省重大科技創新工程項目(2019JZZY020317);山東省自然科學基金項目(ZR2020ME140)

第一作者簡介:趙鑫宇(1998—), 男, 山東淄博人。 碩士研究生, 研究方向為動力學分析仿真、結構優化。E-mail: zhaoxinyu7419@163.com。

通信作者簡介:剛憲約(1977—),男,山東濟南人。教授,博士,碩士生導師,研究方向為結構優化、車輛系統動力學。E-mail: gangxianyue@

sdut.edu.cn。

網絡首發地址:https://link.cnki.net/urlid/37.1378.N.20231223.1236.002

足式機器人著地點是離散的,可以在地面上選擇最優位置,并且能夠跨越障礙,幾乎可以適應各種復雜地形,因此在制造業、服務業、軍事、航天、核工業等領域具有非常廣闊的應用前景[1]。機器人動力學主要研究機器人末端位置所受載荷與各關節所需驅動力之間的關系,動力學分析可以準確地判斷機器人在工作時腿部機構的受力,為后期優化和高效穩定控制奠定基礎。

為了對機器人進行實時控制與結構設計, 改善運動性能, 許多學者利用不同方法對機器人進行動力學建模。 崔敏其[2]利用拉格朗日公式對SCARA型機器人的動力學模型進行了詳細推導;劉芳華等[3]利用虛功原理對機器人進行動力學建模, 研究關節驅動力矩與結構尺寸、位置等之間的關系;張鐵等[4]基于牛頓-歐拉方法對機器人建立動力學方程, 得出機器人運動時的關節力矩, 為動力學控制提供了基礎計算公式;Wu等[5]利用拉格朗日公式和能量法建立動力學模型, 并利用Adams軟件仿真驗證動力學模型的準確性。 正向動力學分析是指以腿部機構各油缸的力和位移為輸入, 預測足端輸出的力和位移;逆向動力學分析是指依據期望得到的足端輸出力和位移, 反求各油缸應施加的輸入力和位移。

已有研究中正向與逆向動力學分析需要2種完全不同的數學方程,計算過程復雜,影響控制的準確性和實時性。本文中基于力矩平衡原理,對四連桿腿部機構進行正向與逆向動力學分析,利用線性變換原理并結合傳遞矩陣法,將正向與逆向動力學分析合二為一,建立足式機器人四連桿腿部機構(簡稱腿部機構)正-逆向動力學統一模型。

1? 腿部機構幾何運動學分析

對足式機器人的腿部機構進行幾何運動學分析,研究腿部機構在運動過程中幾何參數與運動參數之間的關系,為動力學分析提供理論支持[6]。

足式機器人的腿部機構包括側擺油缸、髖關節、大腿與小腿, 如圖1所示。 側擺油缸控制腿部機構繞髖關節側向擺動, 左端與機架鉸接, 右端與髖關節鉸接, 髖關節鉸接在機架上。 大腿和小腿也分別由2個油缸通過連桿機構實現在腿部機構平面內的縱向擺動。 由于腿部髖關節的側擺和腿部機構的縱擺的控制相互獨立, 因此可將幾何運動學分析分2步進行:首先在腿部縱擺平面內進行幾何運動學分析,只考慮在腿部機構的縱向擺動自由度, 根據機構桿件長度、油缸工作行程和關節轉角計算腿部機構各關節點在腿部隨體坐標系的位置姿態[7];然后在腿部側擺平面內根據髖關節側擺角度利用坐標變換, 計算整個腿部機構鉸接點在全局坐標系中的位置。

1.1? 腿部機構坐標系建立

對足式機器人整機和腿部機構分別建立坐標系,如圖2所示。

整機全局坐標系XgloYgloZglo以髖關節側向擺動支點O為坐標原點,豎直向上為Zglo軸正方向,水平向右為Yglo軸正方向, Xglo軸滿足右手螺旋定則。其中,大腿與小腿所在的平面為腿部機構縱向擺動平面,垂直于紙面的投影為BK,O1N為側擺油缸,控制整個腿部機構繞Xglo軸進行側擺運動。由于腿部機構平面存在繞髖關節側向擺動支點O的側向擺動,因此腿部隨體坐標系會繞Xglo軸旋轉。

腿部隨體坐標系XlegYlegZleg以腿部縱向擺動支點B為坐標原點,Xleg軸水平向右為正方向,Yleg軸垂直于腿部平面向外為正方向,Zleg軸豎直向上為正方向。其中桿件BI為大腿,桿件IK為小腿,AC為大腿油缸,推動大腿實現繞Yleg軸的縱向擺動;QH為小腿油缸,控制小腿進行縱向擺動。

1.2 ?縱向擺動平面幾何運動學分析

首先對腿部縱向擺動平面進行幾何運動學分析,計算腿部機構各關節鉸接點及連桿質心在腿部隨體坐標系中的位置。在圖2(b)中,A、B點分別固定在機架上,已知A、B點坐標,機構桿件長度、油缸長度及關節角計算其他鉸接點位置以及足端K的坐標。

R點坐標可由腿部隨體坐標系中B點位置、桿件BR長度lBR和關節轉角θ1求得,即

RXleg

RYleg

RZleg=BXleg

BYleg

BZleg+lBRcos θ1

0

sin θ1 ,(1)

式中(RXleg, RYleg, RZleg

)、(BXleg, BYleg, BZleg)分別為腿部隨體坐標系XlegYlegZleg中R、B點的坐標。

同理,可分別求得H、I點在腿部隨體坐標系中的坐標。

根據I點坐標、桿件IJK各段長度以及轉角θ2可求得J點坐標,即

JXleg

JYleg

JZleg=IXleg

IYleg

IZleg+lIJcos θ2

0

sin θ2 ,(2)

式中:(JXleg, JYleg, JZleg)、(

IXleg, IYleg, IZleg)為腿部隨體坐標系中J、I點坐標;lIJ為桿件IJ長度。

K點求解方法同理。利用余弦定理,根據點A、B坐標與桿件AC、BC的長度lAC、lBC,計算C點腿部隨體坐標系中的坐標(CXleg, CYleg, CZleg)。

同理,根據R、H點坐標,以及油缸QH、桿件RQ的長度,計算Q點腿部隨體坐標系中的坐標(QXleg, QYleg, QZleg)。

由DB逆時針轉動到CB的轉角φ2, lBC, 桿件BD長度lBD,以及B、C點坐標,可求得由B點指向C點的單位向量

(nBC,Xleg, nBC,Yleg, nBC,Zleg),最終可得D點坐標為

DXlegDYlegDZleg=

BXlegBYlegBZleg

+lBD

cosφ2sinφ200-sinφ2cosφ2

nBC,Xleg0nBC,Zleg。(3)

由R、Q點坐標以及桿件ER長度lER、向量RQ的單位向量(nRQ,Xleg, nRQ,Yleg, nRQ,Zleg),可得E點坐標為

EXlegEYlegEZleg=

RXlegRYlegRZleg

-lER

nRQ,XlegnRQ,YlegnRQ,Zleg 。(4)

桿件質心位置需要利用桿件局部坐標系計算。以桿件AB為例,建立桿件局部坐標系XlocYlocZloc,選擇鉸接點A為桿件局部坐標系的原點,Xloc軸正方向沿著桿件指向另一個鉸接點B,逆時針旋轉90°為Yloc軸正方向,根據右手螺旋定則確定Zloc軸正方向,如圖3所示。

兩節點線性桿件AB的局部坐標系

根據各桿件質心在桿件局部坐標系中的位置,通過坐標變換求出桿件質心Cm在腿部隨體坐標系中的坐標為

Cm,Xleg

Cm,Yleg

Cm,Zleg=

AXleg

AYleg

AZleg+

nAB,Xleg-nAB,Zleg

00

nAB,ZlegnAB,Xleg

Cm,Xloc

Cm,Yloc

Cm,Zloc,(5)

其中nAB,Xleg

nAB,Yleg

nAB,Zleg=1lAB

BXleg-AXleg

BYleg-AYleg

BZleg-AZleg ,(6)

式中:(Cm,Xloc, Cm,Yloc, Cm,Zloc)

為桿件質心Cm在桿件局部坐標系中的坐標;(nAB,Xleg, nAB,Yleg, nAB,Zleg)為桿件AB在腿部隨體坐標系中的單位矢量;lAB為桿件AB長度;(AXleg, AYleg, AZleg)為鉸接點A在腿部隨體坐標系中的坐標。

1.3? 側向擺動坐標變換

由于腿部機構縱擺平面在側擺油缸的作用下繞髖關節進行側向擺動,則各點的全局坐標可利用坐標轉換公式和側擺角θ3計算。

以K點在全局坐標系中的位置為例,即

KXglo

KYgloKZglo=

OXgloOYglo

OZglo+

10

0cosθ3-sinθ3

0sinθ3cosθ3

KXleg

KYleg

KZleg,(7)

式中:(OXglo, OZglo, OZglo)為側擺支點O在全局坐標系中的坐標;(KXleg, KYleg, KZleg)為K點在腿部隨體坐標系中的坐標。

2? 桿件質量離散方法

在進行力學分析時,腿部機構的自身重力是不可忽略的重要參數[8]。為了更方便地求解各關節的受力情況,利用有限元方法,將腿部機構各桿件的質量近似離散到相關鉸接點[9]。

足式機器人腿部機構桿件主要有兩節點線性桿件、三節點三角形桿件和多節點線性桿件3種形式。3種桿件的質量離散方法分別為線性插值法、面積坐標插值法、等質量矩分配法。

2.1? 兩節點線性桿件

將圖3所示的桿件AB視作兩節點線性有限單元,桿件質量離散到鉸接點A的質量為

mA=mABlBCmlAB ,(8)

式中:mAB為桿件AB的質量;lBCm為B點與桿件質心Cm的距離。

桿件質量離散到鉸接點B的質量為

mB=mABlACmlAB ,(9)

式中lACm為A點與桿件質心Cm的距離。

2.2? 三節點三角形桿件

借鑒有限元分析中三節點三角形單元的位移場表達方式即形函數理論[10],對三節點三角形桿件進行質量離散。以三節點三角形桿件BCD為例,如圖4所示,利用桿件鉸接點坐標,采用面積坐標插值法,將質量離散到3個鉸接點上。同理,此方法適用于三節點三角形桿件ERQ、IJK。

將三節點三角形桿件質量等效為在質心處的集中質量,進而離散成在節點上的質量,則節點B、C、D的等效節點質量為

mBmCmD=mBCDNBNCND ,(10)

其中NC=12S(aC+bCCXleg+cCCYleg) ,

aC=DXlegDYleg

BXlegBYleg=DXlegBYleg-BXlegDYleg ,

bC=-1DYleg

1BYleg=DYleg-BYleg ,

cC=1DXleg

1BXleg=BXleg-DXleg ,

(11)

式中:mBCD為三節點三角形桿件BCD的質量;S為BCD的面積。

類似地,將式(11)中B、C、D下標輪換,如將下標C與D以及C與D的坐標互換后進行計算,即可求得NB、ND。

將式(11)計算得出的(NB, NC, ND)代入式(10),即可得到三節點三角形桿件質量離散到3個鉸接點的等效質量。

2.3? 多節點線性桿件

圖5所示為腿部機構的多節點線性桿件結構。例如BRHI桿件,可采用等質量矩分配法。

由力矩平衡原理可知, 桿件左、右兩側鉸接點對質心Cm的總質量矩相等,假設單側質量與距離成反比,求解線性方程組可以得到左、右側總質量矩Mleft、Mright,即

∑1∑1bj

nleft-nright

Mleft

Mright=m0,(12)

式中:aj(i=1,2)、bj(j=1,2,3)分別為左、右側各鉸接點到質心Cm的距離;nleft、nright分別為質心的左、右側節點個數;m為桿件質量。

左側各節點的等效質量為

mi=Mleftai ,(13)

右側各節點的等效質量為

mj=Mrightbj 。(14)

3? 腿部機構正向與逆向動力學分析

由于足式機器人腿部運動過程中結構件加速度遠小于重力加速度,產生的慣性力顯著小于結構件重力,因此可以忽略慣性力作用。

3.1? 腿部機構逆向動力學分析

為了簡化計算, 首先利用力矩平衡原理對腿部機構進行逆向動力學分析。 將大腿機構、膝關節、小腿機構看作一個串聯機構, 基于各鉸接點的力矩平衡, 在以足底力為輸入的情況下, 對各桿件分別進行力學分析, 計算大腿、小腿和側擺油缸的受力情況。 圖6所示為腿部機構整體、桿件ERQ、側擺油缸的受力分析。 假設重力加速度g的方向為豎直向下。

3.1.1? 大腿油缸的受力計算

將除了大腿油缸AC外的其余桿件整體作為研究對象。利用各點坐標及各桿件的長度,求解B點在腿部縱擺平面內對Yleg軸的力矩之和MB,Yleg,根據力矩平衡條件,求解大腿油缸AC的受力大小F1。在腿部隨體坐標系中,B點所受力矩為

MB=BC×F1+BK×FK+∑9i=1(BPi×GPi) ,(15)

令MB,Yleg=0 ,(16)

式中:BC、BK為由B點指向C、K點的矢量;FK為足底力矢量;BPi為由B指向腿部隨體坐標系中各鉸接點Pi的矢量,共9個鉸接點;GPi為腿部機構各鉸接點處的重力矢量;下標Yleg代表取向量在腿部隨體坐標系中的Yleg分量,以此類推。式(15)中假定由A點指向C點的方向為F1的正方向,除了F1大小未知,其余量均已知。

3.1.2? 小腿油缸的受力計算

以桿件BCD為研究對象,求解B點在腿部縱擺平面內的力矩之和MB,BCD,Yleg,根據力矩平衡原理,求解桿件ERQ受桿件DE的力的大小FDE。此時B點所受力矩為

MB,BCD=BC×F1+BD×FDE+BD×GD+BC×GC

,(17)

令MB,BCD,Yleg=0 ,(18)

式中:BD為由B點指向D點的矢量;GC、GD分別為腿部機構桿件重力離散到關節鉸接點C、D上的等效矢量。

以桿件IJK為研究對象,求解I點在腿部縱擺平面內的力矩之和MI,Yleg,根據力矩平衡原理,求解桿件IJK受到桿件JE的力的大小FJE。I點所受力矩為

MI=IK×FK+IJ×FJE+IK×GK+IJ×GJ ,(19)

令MI,Yleg=0 ,(20)

式中:IK、IJ為由I點指向K、J點的矢量;GK、GJ分別為腿部機構桿件重力離散到關節鉸接點K、J上的等效矢量。

以桿件ERQ為研究對象。由受力分析可知R點在腿部縱擺平面內的力矩之和MR,Yleg,根據力矩平衡原理,求解小腿油缸QH的受力大小F2。R點所受力矩為

MR=RE×FDE+RE×FJE+RE×GE+

RQ×F2+RQ×GQ ,(21)

令MR,Yleg=0 ,(22)

式中:RE、RQ為由R點指向E、Q點的矢量;GE、GQ分別為腿部機構桿件重力離散到關節鉸接點E、Q上的等效矢量。

3.1.3? 側擺油缸的受力計算

在全局坐標系中,以整個腿部為研究對象,求解髖關節側擺支點O的力矩之和MO,Xglo,根據側擺油缸力與足底力和腿部機構重力的力矩平衡原理,求解側擺油缸O1N的受力大小F3。O點所受力矩為

MO=ON×F3+OK×FK+∑12i=1(OPi×GPi) ,(23)

令MO,Xglo=0 ,(24)

式中, ON、OK、OC為由O點指向N、K、C點的矢量;OPi為由O指向全局坐標系中各鉸接點Pi的矢量,共12個鉸接點。

3.2? 腿部機構正向動力學分析

與逆向動力學分析相似,基于力矩平衡原理,對腿部機構進行正向動力學分析,即利用鉸接點坐標、各桿件的重力和油缸力計算足底力[11]。分別將不同桿件作為研究對象進行力矩平衡分析,具體過程不再贅述,經分析得到求解足底力FK的方程為

-(K-I)Zglo(K-I)Xglo

-(K-B)Zglo(K-B)Xglo

0-(K-B)Zglo(K-O)Yglo

FKX

FKY

FKZ=

-

(J-I)XgloFJE,Zglo-(J-I)ZgloFJE,Xglo+(J-I)XgloGJ,Zglo+(K-I)XgloGK,Zglo

-(C-B)XgloFCA,Zglo-(C-B)ZgloFCA,Xglo+(C-B)XgloFC,Zglo+…+(K-B)XgloGK,Zglo

(N-O)Yglo F3,Zglo-(N-O)ZgloF3,Yglo+(C-O)YgloGC,Zglo+…+(K-O)YgloGK,Zglo。(25)

4? 線性變換方程

雖然正向與逆向動力學分析皆基于力矩平衡原理,但是逆向動力學分析的數學方程簡潔、直觀,適合采用程序求解。與之相反,正向動力學分析過程復雜;而且根據分析思路,正向與逆向動力學分析需要采用不同的數學方程,編程時也需要2個完全不同的程序,不利于維護和調試。

傳遞矩陣法廣泛應用于靜力學與動力學分析,具有建模簡單、使用靈活、計算效率高的優勢,可以大幅度減小計算規模。由于本文中對腿部機構的正向與逆向動力學分析的數學方程可以視為線性方程組,因此借助傳遞矩陣法能夠將腿部機構整體動力學分析離散為多個子單元的力學傳遞問題,推導油缸力與足底力的傳遞矩陣,利用矩陣相乘對腿部機構進行動力學分析,最終建立腿部機構的正-逆向動力學統一模型。

由力平衡方程可知,基于足底力、重力與油缸力的線性關系,求出足底力傳遞矩陣T,

T=a11a13

a21a23

a31a33 ,(26)

TFK,Xglo

FK,Yglo

FK,Zglo+

F1,g

F2,g

F3,g=F1

F2

F3

,(27)

式中:ai1、ai2、ai3(i=1,2,3)分別為在FK,Xglo、FK,Yglo、FK,Zglo作用下引起的油缸力變化的參數;(FK,Xglo, FK,Yglo, FK,Zglo)為在整機全局坐標系中的足底接觸力向量;(F1,g, F2,g, F3,g)為只有重力作用下引起的油缸力變化的參數。

無論是正向動力學分析還是逆向動力學分析,都可以用方程(22)進行求解。具體求解過程如下:

步驟1? 確定重力等效貢獻量(F1,g, F2,g, F3,g)

和足底力傳遞矩陣T。

1)?。‵K,Xglo, FK,Yglo, FK,Zglo)=(0,0,0),即只考慮重力作用,利用逆向動力學分析式(15)—(24)求解油缸力大小F1、F2、F3,再根據方程(27)得到重力等效貢獻量(F1,g, F2,g, F3,g)。

2)分別?。‵K,Xglo, FK,Yglo, FK,Zglo)=(1,0,0), (0,1,0), (0,0,1),此時不考慮重力作用,利用逆向動力學分析式(15)、(16)、…、(24)求解油缸力大小F1、F2、F3,再代入方程(27),得到由FK,Xglo、FK,Yglo、FK,Zglo引起的油缸力變化參數,即足底力傳遞矩陣的第1、2、3列的ai1、ai2、ai3。

步驟2? 逆向動力學分析計算油缸力。將求得的足底力傳遞矩陣T和重力等效貢獻量(F1,g, F2,g, F3,g)代入方程(27),即可求得任意重力和足底力情況時的油缸力。

步驟3? 正向動力學分析求解計算足底力。將方程(27)通過變換可以得到

FK,XgloFK,YgloFK,Zglo=T-1

F1F2F3-F1,g

F2,gF3,g

。(28)

將油缸力代入線性方程(28),即可求得該狀態下的足底力FK。

5? 仿真實例分析

由于僅驗證本文中建立的足式機器人腿部機構正-逆向動力學統一模型的有效性和可行性, 因此簡化虛擬樣機建模過程, 省略腿部機構各桿件的具體結構造型, 僅對桿件長度、運動副連接、驅動、質量參數等進行設置, 根據桿件長度與液壓缸初始長度, 計算得出各鉸接點的初始坐標, 利用Adams軟件建立虛擬樣機模型, 將足底力FK=(20.0, 50.0, 500.0)與初始長度分別為油缸AC長度l1=270 mm、油缸QH長度l2=310 mm、油缸MN長度l3=260 mm的3個液壓缸長度作為輸入量, 油缸力作為輸出量, 針對油缸無作動與3個油缸分別作動一定量的4種情況進行仿真。 腿部機構虛擬樣機模型如圖7所示。

由于虛擬樣機模型將桿件質量等效在桿件幾何中心,為了減小正-逆向動力學統一模型分析計算與仿真結果的誤差,需將實際質心坐標賦予虛擬樣機模型。

逆向動力學仿真結果如表1所示。由表可知,正-逆向動力學統一模型與虛擬樣機模型計算得到的3個油缸力的誤差均小于1%,驗證了本文中腿部機構逆向動力學分析的有效性。

將表1中正-逆向動力學統一模型計算得出的4種情況下的油缸力與油缸長度作為輸入量, 在虛擬樣機模型中將油缸力施加于油缸兩端鉸接點處, 足底力作為輸出量, 仿真得到足底力, 結果如表2所示。 由表可知, 正-逆向動力學統一模型與虛擬樣機模型計算得到的3個方向足底力的誤差均小于3%, 驗證了本文中腿部機構正向動力學分析的有效性。

6? 結論

本文中探討了足式機器人腿部機構的工作原理,基于力矩平衡原理,研究了腿部機構的油缸力與足底力間的數學關系,得到以下主要結論:

1)利用有限元方法建立了桿件質量離散方法,在動力學分析時有效考慮腿部機構自重,提高了動力學分析的準確性。

2)克服了機器人正向與逆向動力學分析求解過程臃腫的問題, 基于線性變換原理并結合傳遞矩陣法, 融合正向與逆向動力學分析過程, 有效地簡化了求解過程, 為機器人的實時控制提供了理論基礎。

3)利用Adams軟件建立了虛擬樣機模型,對比理論方法與虛擬樣機模型的輸出量,驗證了本文建立的足式機器人四連桿腿部機構正-逆向動力學統一模型的有效性。

參考文獻:

[1]FOCCHI M, PUCCI D, PRETE A D. Editorial: bridging the gap between the lab and the real world: future perspectives for legged robots[J]. Frontiers in Robotics and AI, 2020, 7: 629002.

[2]崔敏其. SCARA機器人的拉格朗日動力學建模[J]. 機械設計與制造, 2013(12): 76.

[3]劉芳華, 馬凡凡, 孫威. 三自由度并聯機器人運動學和動力學建模與仿真[J]. 機床與液壓, 2020, 48(23): 23.

[4]張鐵, 梁驍翃, 覃彬彬, 等. 基于牛頓-歐拉法的SCARA機器人動力學參數辨識[J]. 華南理工大學學報(自然科學版), 2017, 45(10): 129.

[5]WU Y, YANG Z, FU Z, et al. Kinematics and dynamics analysis of a novel five-degrees-of-freedom hybrid robot[J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2017, 14(3): 12.

[6]王超, 張文輝, 江潔, 等. 基于Matlab/Adams的工業焊接機器人運動學分析與控制聯合仿真[J]. 中國工程機械學報, 2020, 18(6): 504.

[7]LUAN Y Z, GUO J M, LIU H Y. Structural dynamics simulation analysis of industrial robot arm based on Kane method[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2021, 1871(1): 012155.

[8]AMARE Z, ZI B, QIAN S, et al. Dynamic analysis of electrohydrauliccable-drivenparallel robots[J].ProceedingsoftheInstitution of Mechanical Engineers: Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2019, 233(10): 3400.

[9]王勖成, 邵敏. 有限單元法基本原理和數值方法[M]. 2版.? 北京: 清華大學出版社, 1997.

[10]曾攀. 有限元分析及應用[M]. 北京: 清華大學出版社, 2004: 144-147.

[11]CHEN G,YUAN J.Nonlineardynamics analysis of shift mani-pulator for robot driver considering multiple revolute clearance joints and variable load[J]. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 2020, 49(4): 596.

(責任編輯:王? 耘)

91香蕉高清国产线观看免费-97夜夜澡人人爽人人喊a-99久久久无码国产精品9-国产亚洲日韩欧美综合