基于力反馈器的模块化机器人控制建模与仿真-机(2)
2013-10-14 02:11
导读：决定了HIP 的姿态(即旋转量)，同样4、5、6 关节的每个关节上也有一个编码器，计算机通过读取编码器的数值，获得HIP 在PHANToM 坐标系的姿态。 第三个部件
决定了HIP 的姿态(即旋转量)，同样4、5、6 关节的每个关节上也有一个编码器，计算机通过读取编码器的数值，获得HIP 在PHANToM 坐标系的姿态。
第三个部件的末端，由于四，五，六关节是决定力反馈器的姿态，而且这三个关节等效于一个球关节，所以这三个关节的坐标系放在一起表示姿态坐标系，在操作的时候，这三个坐标系的原点是始终重合的。
5 控制模型建立为了能利用力反馈器控制模块化机器人，需要对两个DH 模型进行对应，从上面的建模可以看出，两个模型是不一致的，力反馈器DH 模型是标准的DH 模型，前三个关节控制位置，后三个关节控制姿态，位置与姿态是解藕的，互不相关，而模块化机器人的DH 模型中，位置与姿态是不能解藕的，六个关节都会对位置和姿态有影响，所以如果单纯的利用力反馈器前三个关节对应模块化前三个关节进行位置控制，利用力反馈器后三个关节对应模块化后三个关节进行姿态控制是不可取的。
在模块化机器人的DH 模型中，由于六个关节对位置和姿态都有影响，那么本文利用六个关节同时控制模块化机器人的位置和姿态，而不是把位置和姿态的关节分开，对于力反馈器，利用前三个关节控制位置，利用后三个关节控制姿态，这样就得到了两个方程组。
通过求解方程组（10），就可以得到模块机器人的位置和姿态，而且模块机器人的位置和姿态与力反馈器的位置和姿态是对应的。公式（10）左右两边看上去相似，但意义是不一样的，左边可以整合成一个4×4 矩阵是因为六个关节对姿态和位置都有影响，所以位置和姿态的计算需要用到六个变换矩阵，而右边可以整合成一个4×4 矩阵是因为在标准DH 模型里位置矩阵不影响姿态矩阵，姿态矩阵不影响位置矩阵。
（转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
模型求解对应公式（10）的非线性方程组，用代数法是非常难求解出来的，为了便于编程方便，本文采用牛顿法进行求解。关于牛顿法求解非线性方程组可以参考文献[5]。在力反馈器的操作过程中，动作是连贯的，而且力反馈器的每个关节在三维空间上划过的痕迹是连续的，考虑到时空的相关性，本算法在用牛顿法求解非线性方程组中，初值取模块化机器人当前关节的角度，这样可以非常快的迭代到最优解，从而大大节省求解时间。
实验结果为了验证上述模型的有效性，本实验基于matlab 进行了控制仿真实验，本实验采用模块化机器人作为操作对象，并利用力反馈器进行操作，利用力反馈器进行模块化机器人的操纵是非常容易直观的，手抓的位置跟着力反馈器的第三个姿态末端运动，手抓的姿态与力反馈器最后部件的姿态是一致的，所以利用本算法进行建模可以非常直观的控制模块化机器人。
8 总结与展望
本文提出了一种直观控制模块化机器人的模型，该模型克服了模块化机器人在位置和姿态不能解藕的难点，在位置和姿态上，模块化机器人基本模仿力反馈器的动作，从而达到直观控制的效果，本算法在虚拟平台上被证明是有效可行的。
