基于动力学降噪模型的蛇形臂机器人末端轨迹跟随算法

摘要

针对超冗余蛇形机器臂在狭小受限空间的运动规划问题，提出了一种基于等效多连杆动力学降噪模型的末端轨迹跟随算法。将蛇形臂视作关节点约束在末端无碰撞轨迹曲线上运动的多连杆系统，基于虚功原理推导了该刚柔耦合系统的动力学方程。臂节的长度条件由连杆的轴向刚度保证，并通过模型降噪方法从模型层面滤除高频分量影响，使常规显式算法可用于等效多连杆系统方程的高效求解。采用所提算法可以指定蛇形臂末端或基座的速度规律，进而实现蛇形臂沿末端轨迹的运动规划。由于蛇形臂关节被严格限制在可行性轨迹曲线上运动，因此可以实现在狭小深腔环境下的避障运动规划。通过求解平面和空间典型数值算例可知，采用所提算法进行蛇形机械臂运动规划具有足够的计算精度和效率。

关键词

蛇形臂机器人 / 运动规划 / 末端轨迹跟随 / 模型降噪 / 刚柔耦合

基金资助

国家自然科学基金(12305251); 河南省科技攻关项目(232102221036,242102241049); 河南省外籍科学家工作室项目(GZS2023011)