欠驱动蛇形机器人轨迹跟踪算法研究
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1.南京航空航天大学机电学院;2.中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所;3.南京航空航天大学 航空航天结构力学及控制全国重点实验室

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基金项目:

航空航天结构力学及控制全国重点实验室开放课题资助(项目号:1005-IZD23002-25)


Research on trajectory tracking control method of underactuated snake-like robot
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Fund Project:

State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace StructuresOpen Project Funding(Project number:1005-IZD23002-25)

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    摘要:

    蛇形机器人由于其狭长的机械臂和超冗余自由度,在复杂极端环境中具有优越的灵活性。本文在欠驱动蛇形臂机器人的结构基础上,提出了基于等效杆长和等效虚拟关节的两种轨迹跟踪算法,实现蛇形臂机器人对目标曲线的跟踪,满足蛇形臂机器人的运动控制需求。最后,设计了臂长1075 mm 包含7关节单元的蛇形机器人样机,并进行了轨迹跟踪实验,结果表明蛇形机器人可轻松穿过直径90 mm以上的狭小管道。运动过程平稳、无振动,验证了轨迹控制算法的正确性和结构设计的合理性。

    Abstract:

    The snake-like robot has superior flexibility in complex and extreme environments due to its long and narrow robotic arm and redundant degrees of freedom. In this paper, based on the structure of the underactuated snake-arm robot, two trajectory tracking algorithms based on equivalent rod length and equivalent virtual joint are proposed to realize the tracking of the target curve by the snake-arm robot and meet the motion control requirements of the snake-arm robot. Finally, a snake-like robot prototype with an arm length of 1075 mm and 7 joint units is designed and the trajectory tracking experiment is carried out. The results show that the snake-like robot can easily pass through a narrow pipe with a diameter of more than 90 mm. The smooth and vibration-free motion process verifies the correctness of the trajectory control algorithm and the rationality of the structural design.

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  • 收稿日期:2023-09-25
  • 最后修改日期:2023-12-20
  • 录用日期:2023-12-22
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