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行星采样柔性机械臂运动规划研究

梁常春,孙鹏飞,王耀兵,危清清,姜水清

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文章导航> 深空探测学报(中英文）> 2015> 2(1): 27-33
梁常春, 孙鹏飞, 王耀兵, 危清清, 姜水清. 行星采样柔性机械臂运动规划研究[J]. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
引用本文: 梁常春, 孙鹏飞, 王耀兵, 危清清, 姜水清. 行星采样柔性机械臂运动规划研究[J]. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 27-33.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
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LIANG Changchun, SUN Pengfei, WANG Yaobing, WEI Qingqing, JIANG Shuiqing. Motion Planning of Sampling Flexible Manipulator on Planet[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2015, 2(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
Citation: LIANG Changchun, SUN Pengfei, WANG Yaobing, WEI Qingqing, JIANG Shuiqing. Motion Planning of Sampling Flexible Manipulator on Planet[J].Journal of Deep Space Exploration, 2015, 2(1): 27-33.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
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行星采样柔性机械臂运动规划研究

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004

  • 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室, 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094

Motion Planning of Sampling Flexible Manipulator on Planet

  • Beijing Key Laboratory of Intelligent Space Robotic Systems Technology and Applications, Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100092, China

  • 摘要:为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。
    Abstract:In order to adapt to a wide range of planetary surface sample acquisition and requirements of weight optimization, manipulator usually consists of several slender arms and rotary joints. This makes the flexibility compensation and vibration suppression become research focus in the manipulator control system. In this paper, a smooth trajectory planning method with parabolic contour for sampling motion of manipulator is proposed. In the motion process acceleration is made to be continuous to avoid joint torque mutation and debase the peak value farthest. Firstly, the kinematic equations of manipulator based on D-H and dynamics model with flexible deformation of joints and arms are established. Then, the variable acceleration-uniform motion-deceleration trajectory is planned in Cartesian space, which acceleration is consistent and smooth. Finally, the typical tasks of manipulator are simulated. Results indicate that this method is useful to make acceleration of joint motion continuous. This control strategy can obviously improve dynamic tracking accuracy and position precision.
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    [4] 孙凤, 霍晓文, 茅冒, 赵海宁, 徐方超, 张伟伟, 陈化智, 唐钧跃, 张晓友, 杨旭, 刘雅芳, 姜生元.双体振贯采样磁力驱动式月壤采样器设计. 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(2): 157-164.doi:10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20210150
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  • 收稿日期:2014-12-01
  • 修回日期:2015-02-28

行星采样柔性机械臂运动规划研究

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
  • 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室, 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
  • 收稿日期:2014-12-01
  • 修回日期:2015-02-28

摘要:为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。

English Abstract

梁常春, 孙鹏飞, 王耀兵, 危清清, 姜水清. 行星采样柔性机械臂运动规划研究[J]. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
引用本文: 梁常春, 孙鹏飞, 王耀兵, 危清清, 姜水清. 行星采样柔性机械臂运动规划研究[J]. 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 27-33.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
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LIANG Changchun, SUN Pengfei, WANG Yaobing, WEI Qingqing, JIANG Shuiqing. Motion Planning of Sampling Flexible Manipulator on Planet[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2015, 2(1): 27-33. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
Citation: LIANG Changchun, SUN Pengfei, WANG Yaobing, WEI Qingqing, JIANG Shuiqing. Motion Planning of Sampling Flexible Manipulator on Planet[J].Journal of Deep Space Exploration, 2015, 2(1): 27-33.doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.004
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