[发明专利]一种柔索牵引拣矸机器人运动稳定性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔索牵引拣矸机器人领域，具体涉及一种柔索牵引拣矸机器人运动稳定性评价方法。

背景技术

拣矸机器人是柔索牵引并联机器人中的一类，其末端抓斗的运动不受地面障碍物的影响，可以实现工作空间内的任意三维运动，且具有工作空间大、运行速度快、稳定性高、安装简便等优点。然而，拣矸机器人作为柔索牵引并联机器人的一种类型，也与生俱来的具备柔索牵引并联机器人的一些缺点，例如：柔性绳索的单向约束，相对于刚性杆件并联机器人来说，其末端刚度弱，运动稳定性差以及系统控制困难等。同时，相对于已有的柔索牵引并联机器人，拣矸机器人的工作具有一定的特殊性。(a)在抓取矸石的瞬间，其末端抓斗的运动速度必须与皮带运输机的运动速度同步，这样才能更加稳定可靠的完成抓取工作；(b)为了实现抓取矸石的瞬间末端抓斗与皮带运输机的同步性，需要设计一种有效的轨迹规划以及稳定抓取的控制方法；(c)由于拣矸机器人是一类对末端运动速度有一定要求的柔索牵引并联机器人，柔索的单向约束以及柔性会对其运动的稳定性造成必然的影响。因此需要对拣矸机器人建立有效的运动稳定性评价方法以及评价指标，以实现对其运动稳定性进行评价，进而找出提升其稳定性的方法与策略。

首先，由于拣矸机器人采用轻质柔软的绳索来驱动末端抓斗，所以当其受到外界干扰或者运动状态变化剧烈的情况下，有可能在外界干扰或者运动状态突变的迫使下改变其末端抓斗当前的位置。如果外界干扰改变了拣矸机器人末端抓斗的当前位置，则机器人是不稳定的。所以，拣矸机器人的稳定性指的是，当机器人受到外界干扰或者运动状态突变时，其约束最弱的方向上抵制外界干扰的能力。经过前期的理论研究与实验验证，拣矸机器人的运动稳定性主要受到三个方面的影响：机器人末端抓斗在工作空间所处的位置、当前位置点处所有柔索中拉力最小柔索受到的索拉力以及末端抓斗的运动速度。因此，可以从上述三个方面对其运动稳定性进行研究，提出拣矸机器人多参数运动稳定性评价方法及其指标，用于衡量机器人末端抓斗的运动稳定性，也为改善其运动稳定性提供思路。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种柔索牵引拣矸机器人运动稳定性评价方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种柔索牵引拣矸机器人运动稳定性评价方法，包括如下步骤：

S1、根据拣矸机器人运动学模型，求得柔索矢量O′B_i在全局坐标系中的长度进而获得末端抓斗在工作空间任一位置点处4根柔索中拉力最小的柔索的方向与水平面的夹角θ＝arcsin((H-^oz_o′)/ρ_i)，(其中，^oz_o′为末端执行器与绳索铰接点所在平面的高度坐标；H为索塔的高度；ρ_i为在位置点P、Q、M处4根柔索中索拉力最小的柔索的长度；θ_P、θ_Q、θ_M分别为点P、Q、M处的θ角)；同时，在拣矸机器人冗余索拉力求解模型式:JT＝W的基础上(其中矩阵J为拣矸机器人的雅克比矩阵；向量T为拣矸机器人各个柔索的索张力向量；向量W为广义力向量)，求得末端抓斗在当前位置点处的索拉力向量，进而通过下式进行机器人末端抓斗在工作空间内任一位置点处的最小索拉力的计算：

T_min＝min(T) (1)

式中，min(·)表示索拉力向量的最小分量；