排爆机器人五自由度操作臂动力学分析

明添，钱瑞明

(东南大学 机械工程学院，江苏 南京211189)

    结合排爆机器人的研制，针对安装于排爆机器人移动平台上的五自由度操作臂实际结构，首先测算出操作臂的惯性参数，并由此建立动力学模型，推导出拉格朗日动力学方程和参数;然后模拟排爆抓取任务，规划了操作臂各关节三段式五阶多项式运动规律，由动力学方程仿真求得各关节电机的力矩变化规律，并结合电机性能参数验证了运动规划的合理性。  排爆机器人可以代替人到危险环境中进行排除危险物作业［1］，在世界范围内，排爆机器人已经成为反恐作战的重要装备之一。排爆机器人通常由移动平台和操作臂组成，其中移动平台的行走能力决定了机器人可达区域，操作臂的运动学、动力学特性决定了排爆作业能力。本文结合排爆机器人研制项目，基于拉格朗日法研究安装于移动平台上的操作臂的动力学特性。

    多自由度操作臂动力学分析的关键是获取与实际结构相符的动力学惯性参数。由于操作臂涉及的零部件很多，且形状各异，为简化计算，目前多数文献会选择简化杆臂模型并忽略驱动机构惯量(如将臂杆简化为纯圆柱体［2］或纯长方体［3］)，由此计算出的结果与实际情况存在较大的偏差，难以应用至实际控制与机构改进。本文对操作臂结构不作任何简化与假设，通过软件测算获得动力学计算中所需的参数，由此可大大提高动力学分析的准确性。通过模拟实际排爆任务制定运动规划和求解相应的动力学方程，获得各关节力矩的变化规律，并结合驱动电机的转速、扭矩特性进行验证，由此为控制系统和算法的设计提供依据。

1操作臂结构及位姿描述

    本文所研究的操作臂搭载于排爆机器人移动平台上，共有6个自由度（包括1个夹持器张合自由度），可到达空间任意位置，并满足常规排爆抓.......

  作者简介：明添（1990—），男，山东济宁人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为机器人学。
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