基于MACSF的移动机械臂振动抑制轨迹规划方法
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李团结,男,1972年2月生,教授、博士生导师。主要研究方向为空间可展结构与天线、智能机器人。 E-mail:tjli@mail.xidian.edu.cn

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TP242;TH113.1

基金项目:

国家自然科学基金面上资助项目(51775403)


Vibration Suppression Trajectory Planning Method for Mobile Manipulators Based on MACSF
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    摘要:

    为满足移动机械臂高精度、低抖动的作业需求,提出一种基于修正非对称组合正弦函数(modified asymmetry combined sine function, 简称MACSF)的振动抑制轨迹规划方法。首先,针对传统非对称组合正弦函数(asymmetry combined sine function, 简称ACSF)存在加速度突变、启停阶段不稳定等问题,以驱动函数加加速度连续平滑为目标,采用改进型组合正弦函数设计加加速度时间窗口中的加速阶段和减速阶段,以降低移动机械臂的关节力矩波动;其次,通过叠加组合方法求出满足约束条件的通用型驱动函数;最后,基于机器人操作系统(robot operating system , 简称ROS)搭建移动机械臂抑振算法验证平台,并使用该平台在样机场景下进行了一系列实验验证。结果表明,MACSF方法能够有效抑制移动机械臂的瞬态振动和残余振动(动态作业过程中振幅优于1 mm),从而验证了该方法的有效性和实用性。

    Abstract:

    To meet the operation requirements of mobile manipulators with high precision and low-jitter, a novel vibration suppression method for trajectory planning based on the modified asymmetry combined sine function (MACSF) is proposed. Firstly, aiming at the problems of acceleration mutation and instability in the start-stop phase of the traditional asymmetry combined sine function (ACSF), and taking the continuous smoothing of driving function and acceleration as the goal, the acceleration stage and deceleration stage in acceleration time window are designed by using improved combined sine function to reduce joint torque fluctuation of mobile manipulators. Secondly, the linear combination method is used to find the universal driving function satisfying the constraint conditions. Finally, an algorithm verification platform for mobile manipulators is built based on robot operating system (ROS), and a series of experiments are carried out in prototype scenarios using this platform. The experimental results show that the MACSF method can effectively suppress the transient vibration and residual vibration of mobile manipulators, and the inhibition amplitude is within 1mm, which verifies the effectiveness and practicability of the method.

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  • 收稿日期:2021-12-30
  • 最后修改日期:2022-03-08
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  • 在线发布日期: 2023-08-02
  • 出版日期: 2023-08-30
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