[发明专利]一种曲面约束下机器人线缆建模方法

说明书

本发明涉及一种曲面约束下机器人线缆建模方法，将操作机器人约束线缆的截面简化成圆截面；对简化后的线缆进行静力学分析，得到线缆非线性力学模型；采用有限差分法进行离散化，得到离散化数学模型；添加操作机器人空间中的线缆曲面约束、定长条件约束和边界条件约束；基于信赖域策略调整的非线性最小二乘算法对约束后的离散化数学模型进行求解，得到包含线所有线缆离散点的欧拉参数和力学特性。本发明根据求解结果验证了该发明的正确性和合理性，利用求解得到的欧拉参数拟合高精度操作机器人线缆的形态，验证了本发明的有效性和正确性，得到了机器人线缆离散点的力学特性，为柔弱高精度操作机器人关节的稳定性分型提供了重要支持。

技术领域

本发明涉及高精度操作机器人技术领域，具体地说是一种曲面约束下机器人线缆建模方法。

背景技术

在多维物理场耦合下，受到机器人有限操作空间的约束，高精度操作电机的动力输出往往比较小，机器人关节一般相比普通机器人关节显得比较柔弱。在超低温等极端环境下，受到安全屏蔽层包覆而显粗重的特殊强力线缆会对柔弱高精度操作机器人关节造成强力非线性干扰。目前，对柔性线缆的力学建模方法仅仅存在于线缆的两端约束下，无法用于高精度操作多维物理场耦合下受空间约束的特殊线缆建模，对柔弱高精度操作机器人关节的稳定性分析有着很大的制约。现有的方法没有涉及到特殊高精度操作机器人线缆与曲面接触时的线缆方法研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种曲面约束下机器人线缆建模方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种曲面约束下机器人线缆建模方法，包括以下步骤：

步骤1：将操作机器人约束线缆的截面简化成圆截面；

步骤2：对简化后的操作机器人约束线缆进行静力学分析，得到线缆非线性力学模型；

步骤3：采用有限差分法对线缆非线性力学模型进行离散化，得到离散化数学模型；

步骤4：对离散化数学模型添加操作机器人空间中的线缆曲面约束、定长条件约束和边界条件约束；

步骤5：基于信赖域策略调整的非线性最小二乘算法对约束后的离散化数学模型进行求解，得到包含线所有线缆离散点的欧拉参数和力学特性。

所述线缆非线性力学模型为：

线缆无原始的曲率和扭率，得到线缆的本构关系为：