[发明专利]一种卡箍约束下机器人线缆建模方法

说明书

本发明涉及一种卡箍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；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卡箍约束、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。本发明基于卡箍约束下机器人线缆模型求解结果中的欧拉参数计算线缆各个离散点的三维坐标，采用三次样条曲线拟合线缆的几何形态，得到高精度操作机器人线缆各个离散点的力学特性，为机器人关节的稳定性分析提供重要的理论支撑。

技术领域

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

背景技术

高精度操作机器人技术是今后世界各国竞相研究的热点内容之一。在超低温、辐射等极端环境下，高精度操作机器人时刻处于一个多物理场耦合的环境之下。受安全屏蔽层包覆的特殊高精度操作机器人线缆在超低温环境下会变得特别坚硬，高精度操作机器人电机由于受到空间限制往往显得比较弱小。在多物理场耦合下，高精度操作机器人线缆会对柔弱机器人关节造成强力非线性干扰，机器人关节在特定位置处会产生缓慢转动和震荡现象。因而，建立高精度操作机器人线缆的力学模型以及求解线缆的力学参数对高精度操作机器人关节的稳定性研究有着极其重大的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种卡箍约束下机器人线缆建模方法，解决现有线缆的建模方法没有考虑到在两端空间限制下的卡箍约束的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种卡箍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卡箍约束、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：