移动机械臂倾覆稳定性分析与优化∗

郭永凤

（陕西国防工业职业技术学院 西安 710300）

1 引言

传统机械臂的工作空间较为有限，机械臂需要借助螺栓等组件固定在地面上。为了扩大机械臂的应用范围，提高其应用性能，近年来，移动机械臂（Mobile Manipulator）逐渐兴起。移动机械臂将机械臂与移动机器人相结合，极大地增加了机械臂的自由度，使其能够灵活位移，机械臂的操作性能也得到了提升［1～2］。

在2012 年，Aalborg 大学的学者Simon Bogh 对自主工业移动机械臂的潜在应用市场进行了统计与分析。对物流业、服务业等行业中的500 余任务进行了AIMM 的应用预期统计。结果显示：在未来，机械臂可以顺利完成超过半数的任务。自主工业移动机械臂适用于物流运输、协助装配、机械管理、清洁维护等领域，尤其是在物流行业，移动机械臂有极大优越性，因此它是一个重要的技术发展方向［3］。

关于机械臂对移动平台的力/力矩及其对系统造成的影响这一方面，目前尚缺乏研究成果。机械臂与移动平台之间的力学规律较为复杂，影响因素众多，如机械臂的机械构型，机械臂所连接的负载，关节的角速度与角加速度。移动平台的力/力矩可能产生系统倾覆。倾覆是指对于竖直方向的轮式移动机械臂，其绕倾覆轴线产生向外旋转，致使系统失控，严重时，系统可能翻倒。

在工程实践中，对于部分机器人，如腿式移动机器人以及履带式机器人，研究其倾覆稳定性是一个主要课题。对于移动机械臂而言，这一问题同样不可忽视。保障轮式移动机械臂不发生倾覆与侧滑是机械臂操纵的基本前提，也是重要的安全问题。……