基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

doi:10.3901/JME.2021.13.163

机械工程学报 ›› 2021, Vol. 57 ›› Issue (13): 163-171.doi: 10.3901/JME.2021.13.163

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基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

马丛俊, 赵涛, 向国菲, 任江涛, 陈元科, 佃松宜

四川大学电气工程学院成都 610065

收稿日期:2020-09-17 修回日期:2020-12-31 出版日期:2021-07-05 发布日期:2021-08-31
通讯作者: 佃松宜(通信作者),男,1972年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为先进控制、感知与人工智能算法;电力与能源行业智能装备与特种机器人。E-mail:scudiansy@scu.edu.cn
作者简介:马丛俊,男,1996年出生。主要研究方向为柔性机械臂建模与控制。E-mail:scucongjun_ma@163.com
基金资助:
国家电网公司总部科技项目（面向GIS设备腔体内维护机器人关键技术研究，5500-201916260A-0-0-00）和国家重点研发计划（GIS检修机器人技术研究，2018YFB1307401）资助项目

End Positioning Control of Flexible Manipulator Based on Inverse Kinematics

MA Congjun, ZHAO Tao, XIANG Guofei, REN Jiangtao, CHEN Yuanke, DIAN Songyi

College of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065

Received:2020-09-17 Revised:2020-12-31 Online:2021-07-05 Published:2021-08-31

摘要/Abstract

摘要： 针对具有形变特性的柔性机械臂，在运动过程中存在末端不易定位控制或定位精度低的问题，设计了一种线驱动柔性机械臂样机，通过分析其运动机理推导末端位置空间、臂体形态空间以及驱动空间三者之间的逆运动学关系；然后，提出了基于逆运动学模型的柔性机械臂末端定位控制方案；最后，利用CoppeliaSim仿真平台建立了柔性机械臂仿真模型，并在该仿真平台中应用逆运动学关系进行柔性机械臂运动控制过程中末端定位仿真分析，仿真结果验证了所建立逆运动学模型的有效性及基于该模型的柔性机械臂末端定位控制方法的合理性。

关键词: 线驱动柔性机械臂, 逆运动学, 末端定位, CoppeliaSim

Abstract: Aiming at the problem that the end of flexible manipulator with deformation characteristics is difficult to be controlled or its positioning accuracy is low in the process of movement, the design and motion mechanism analyses of a prototype of wire-driven flexible manipulator are achieved to derive the inverse kinematics relationship between the shape space, end position space and driving space. Then, a control scheme of flexible manipulator end positioning based on inverse kinematics model is proposed. Finally, the simulation model of flexible manipulator was built with the inverse kinematics model applied in CoppeliaSim, and the simulation analyses of end positioning for flexible manipulator verify the effectiveness of the inverse kinematics model and the reasonability of control scheme of flexible manipulator end positioning.

Key words: line-driven flexible manipulator, inverse kinematics, end positioning, CoppeliaSim

中图分类号:

TP273

马丛俊, 赵涛, 向国菲, 任江涛, 陈元科, 佃松宜. 基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制[J]. 机械工程学报, 2021, 57(13): 163-171.

MA Congjun, ZHAO Tao, XIANG Guofei, REN Jiangtao, CHEN Yuanke, DIAN Songyi. End Positioning Control of Flexible Manipulator Based on Inverse Kinematics[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2021, 57(13): 163-171.

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End Positioning Control of Flexible Manipulator Based on Inverse Kinematics

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