深海绳驱动蛇形机械臂运动学控制研究

传统的水下机械臂具有体积大、结构复杂、空间受限等缺陷，在水下环境中表现性能不佳。为了完成空间狭小、环境危险以及任务复杂条件下的水下作业，设计了一种适用于深海作业的绳驱动蛇形机械臂。首先，采用齿轮-齿条的结构形式，通过1个驱动电机完成了对2根传动绳的实时控制，减少了驱动电机的数量，降低了水下机械臂的能源消耗；然后，基于蛇形机械臂的结构特点，构建了驱动电机、传动绳、关节、末端执行器之间的多级映射关系，建立了其相应的运动学方程，并对该方程进行了求解；最后，根据绳驱动蛇形机械臂之间的多级映射关系，提出了一种基于模糊控制器的运动学控制策略，减小了由传动系统引起的跟踪误差，解决了难以获得绳驱动蛇形机械臂精确动力学模型的问题；并采用MATLAB对绳驱动蛇形机械臂的跟踪误差进行了仿真分析。研究结果表明：该绳驱动蛇形机械臂的偏航角最大绳长跟踪误差不超过0.05 mm,俯仰角最大绳长跟踪误差不超过0.09 mm,验证了基于模糊控制器的运动学控制策略的有效性。