深海绳驱动蛇形机械臂运动学控制研究

作者：薛福峰,樊宇,张鑫,等. 日期：2023-06-25/span> 浏览：408 查看PDF文档

摘要:传统的水下机械臂具有体积大、结构复杂、空间受限等缺陷,在水下环境中表现性能不佳。为了完成空间狭小、环境危险以及任务复杂条件下的水下作业,设计了一种适用于深海作业的绳驱动蛇形机械臂。首先,采用齿轮齿条的结构形式,通过1个驱动电机完成了对2根传动绳的实时控制,减少了驱动电机的数量,降低了水下机械臂的能源消耗;然后,基于蛇形机械臂的结构特点,构建了驱动电机、传动绳、关节、末端执行器之间的多级映射关系,建立了其相应的运动学方程,并对该方程进行了求解;最后,根据绳驱动蛇形机械臂之间的多级映射关系,提出了一种基于模糊控制器的运动学控制策略,减小了由传动系统引起的跟踪误差,解决了难以获得绳驱动蛇形机械臂精确动力学模型的问题;并采用MATLAB对绳驱动蛇形机械臂的跟踪误差进行了仿真分析。研究结果表明:该绳驱动蛇形机械臂的偏航角最大绳长跟踪误差不超过0.05mm,俯仰角最大绳长跟踪误差不超过0.09mm,验证了基于模糊控制器的运动学控制策略的有效性。

关键词:深海作业;绳驱动;蛇形机械臂;模糊控制器;运动学控制;多级映射关系

中图分类号:TH39;TP242文献标识码:A文章编号:1001-4551(2023)04-0522-07


本文引用格式:

薛福峰,樊宇,张鑫,等.深海绳驱动蛇形机械臂运动学控制研究［J］.机电工程,2023,40(4):522-527,570.

XUE Fu-feng, FAN Yu, ZHANG Xin, et al. Kinematic control of a cable-driven snake-like manipulator for deep-water［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2023,40(4):522-527,570.