[论文解读] Modélisation Dynamique d'un Robot Parallèle à 3-DDL : l'Orthoglide

Sylvain Guégan, Wisama Khalil+2 more|ArXiv.org|Jul 15, 2007

Robotic Mechanisms and Dynamics参考文献 12被引用 13

一句话总结

本文提出了一种针对3-DOF平移并联机器人Orthoglide的显式逆向与正向动力学建模方法，基于牛顿-欧拉方程应用于平台和运动链动力学。该方法生成具有物理可解释性的模型，可实现对机器人运动的精确动力学控制与仿真。

ABSTRACT

In this article, we propose a method for calculation of the inverse and direct dynamic models of the Orthoglide, a parallel robot with threedegrees of freedom in translation. These models are calculated starting from the elements of the dynamic model of the kinematic chain structure and equations of Newton-Euler applied to the platform. These models are obtained in explicit form having an interesting physical interpretation.

研究动机与目标

• 开发Orthoglide并联操作臂的显式逆向与正向动力学模型。
• 通过推导具有物理可解释性的方程，实现对机器人运动的精确动力学仿真与控制。
• 利用牛顿-欧拉动力学与运动链参数进行模型构建。
• 确保动力学模型计算高效，适用于实时应用。
• 为3-DOF平移并联机器人提供先进控制策略的理论基础。

提出的方法

• 基于作用于运动平台的牛顿-欧拉方程推导动力学模型。
• 将运动链结构的动力学参数整合到整体模型构建中。
• 逆向动力学模型从期望的运动轨迹计算执行器驱动力。
• 正向动力学模型通过显式代数表达式，从施加的执行器力计算运动。
• 所有模型以封闭形式表达，各项具有明确的物理意义。
• 该方法确保了机器人运动学与动力学行为之间的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何为实时控制显式构建Orthoglide的逆向与正向动力学模型？
• RQ2 牛顿-欧拉动力学在推导并联机器人精确且可解释的动力学模型中起到什么作用？
• RQ3 运动链参数如何影响Orthoglide的整体动力学行为？
• RQ4 能否以封闭形式表达动力学模型，使其具有明确的物理意义以适用于工程应用？
• RQ5 所提出的动力学建模方法在计算效率与精度方面表现如何？

主要发现

• 逆向与正向动力学模型以显式封闭形式推导，支持实时计算。
• 模型具有强物理可解释性，各项分别对应于惯性、科里奥利力与重力等可识别的动力学效应。
• 该建模方法成功地将运动链动力学整合到整体机器人模型中。
• 该方法提供了Orthoglide动力学行为的一致且精确的表征。
• 由于其解析结构，模型适用于先进控制设计与仿真。
• 该方法在3-DOF平移并联机器人中表现出计算高效与可扩展性。