17、机器人建模、仿真与视觉引导技术解析

机器人建模、仿真与视觉引导技术解析

1. 机器人模型构建

机器人模型的构建是实现精准控制和高效运行的基础，主要包括机械结构模型和齿轮箱模型。
- 机械结构模型 ：该模型描述了机器人各连杆之间的连接方式，由通过旋转关节相互连接的刚体组成。每个旋转关节仅允许连接的物体绕关节的旋转平面旋转。所有弹性效应，如连杆和关节的弹性，在齿轮模型中单独表示。以NJ370为例，该模型还需进一步修改以模拟连接在连杆2和4之间的重力补偿器。此模型可视为集中负载关节模型，因为每个连杆的总负载集中在连杆重心的一个点上。同时，考虑了科里奥利力和惯性效应，能在一定程度上模拟机器人的静态到动态行为。模型包含基于标准Denavit - Hartenberg参数但重新计算以适应机器人建模坐标系的参数，如连杆质心处计算的质量和惯性张量、每个关节的旋转轴、连杆的运动学参数以及每个连杆相对于模型坐标系的质心。为在不增加复杂度的情况下考虑连杆变形，采用了柔性关节模型，通过用包含连杆和轴弹性的扭转弹簧代替轴扭转弹簧来模拟连杆弹性。
- 齿轮箱模型
- 关节弹性 ：根据集总参数模型，齿轮和连杆的弹性由弹簧 - 阻尼器对表示。最简单的是包含连杆弹性的线性弹簧。由于大多数柔顺机械结构具有硬化特性，线性弹簧可替换为非线性硬化弹簧。理想情况下，轴和连杆的弹性应分别建模，为考虑齿轮间隙，可引入带间隙的线性弹簧。在本研究中，基于现有弹簧参数，采用了线性弹簧方法。
- 摩擦 ：轴旋转时，齿轮箱内部会产生摩擦力，主要考虑库仑摩擦和粘性摩擦两种类型。在本工作中，使用经典的恒定库仑摩擦和线性速度相关