可操纵性的冗余机械臂运动能耗控制研究

摘要

为了降低冗余机械臂末端执行器在挖掘过程中能量消耗,从而延长机械臂末端执行器工作时长。对此,这里设计了冗余机械臂能量消耗评价指标模型,并对能量消耗评价指标进行仿真验证。给出了冗余机械臂能量可操纵性椭球简图,引入机械臂能量的时间积分作为评价指标函数。对冗余机械臂末端执行器进行受力分析,推导出末端执行器表面受力求解模型,提出了能量消耗的计算程序。为了验证不同状态条件下的能量消耗,采用MATLAB软件对冗余机械臂能量评价指标、受力进行仿真。结果显示:冗余机械臂连杆长度不同,能量消耗评价指标也不同,在第一连杆和第三连杆长度相等的情况下,能量消耗评价指标较小。同时,能量可操纵椭球中心到椭球周长的距离不同,机械臂末端执行器挖掘力也不同,挖掘力随着能量可操纵椭球中心到椭球周长的距离增大而减小。采用能量评价指标模型,可以有效的验证不同条件下机械臂能量消耗和挖掘力的变化状态,从而可以提高能量利用率,为设计者提供参考依据。