基于ADAMS的六自由度关节型搬运机器人运动学仿真分析

运用D—H方法建立机器人运动学方程,分析正、逆运动学问题的解法。详细介绍了在ADAMS中建立机器人几何模型的过程,并对其在一个搬运周期内的运动过程进行了运动学的仿真,求出了各关节逆运动学解并分析了各运动关节的位移特性曲线。仿真结果分析表明,各关节运动易于实时控制,精度满足要求。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。     

2自由度手臂康复机器人运动学及动力学分析

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。     

MOTOMANGP180型工业机器人的建模与仿真研究

基于运动学理论基础,利用标准D-H参数法对MOTOMAN-GP180型工业机器进行建模,得到机器人连杆坐标系模型,根据变换矩阵通式求解出机器人正运动学方程,并对机器人逆运动进行分析,再将D-H参数代入Matlab中的机器人工具箱进行三维模型的建立,正运动学求解函数Fkine仿真得到的数据与公式计算数据一致,证明模型建立正确.利用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行求解,得到的空间图显示满足大多数场景工作要求.针对机器人搬运过程中的点到点的轨迹规划,采用五次多项式插值的方式轨迹进行优化,最终得到6个关节的位置、速度、加速度曲线平滑且连续,为该型号机器人的运动学研究提供了新思路.     

仿人机器人抬起重物的运动学仿真

以仿人机器人运动学为基础,运用Danevit-Hartebeng方法,建立了仿人机器人的运动坐标系。将仿人机器人抬起重物的运动分解为下肢运动和上肢运动。基于人体抬起重物的实际动作姿态,运用MATLAB Robotics Toolbox建立仿人机器人的运动学仿真模型,并对机器人各关节角度进行轨迹规划。最后建立仿人机器人的三维模型,并运用虚拟样机软件ADAMS对轨迹规划结果进行仿真。结果表明,对仿人机器人搬运重物的运动轨迹规划是可行的和精确的,为仿人机器人搬运重物的后续研究提供了参考。     

含闭环运动链的四自由度搬运机器人动力学建模及验证研究

针对重负载机器人在高速运行时容易出现关节驱动电机饱和、关节转矩特性呈现强非线性、不同关节转矩间呈现强耦合、定位残余振动和轨迹跟踪不稳定现象更加显著等问题,对有效解决这些问题所依赖的机器人动力学进行了研究。以含闭环运动链的四自由度重负载搬运机器人为研究对象,采用D-H法进行了运动学分析;提出了一种斜对称矩阵法,避免了矢量叉积和闭环运动链几何约束的重复运算,简化了微分运动学方程的推导过程;采用基于机器人系统能量的拉格朗日法,推导出了动力学模型的解析式;利用Matlab/Simulink对动力学模型的正确性进行了PID位置控制仿真验证。研究结果表明:所得动力学模型能够正确反映搬运机器人的动力学特性,为实验验证模型的正确性提供了参照曲线;所得模型解析式也为基于模型的机器人控制器设计提供了数学基础。     

基于螺旋理论的高速并联机器人动力学分析

为提高机器人在高速运动过程中的精度和稳定性,研究了4-DOF的Delta高速并联机器人动力学方程的建模方法.采用几何法求解机器人逆运动学方程,结合旋量理论的Kane方法建立了机器人的动力学方程.采用Matlab编程对运动学和动力学模型进行求解,绘制了各个驱动臂的位移、速度、加速度以及力矩曲线.在Simscape中建立Delta机器人的动力学控制系统,以力矩为输入,得到驱动臂位移曲线.对比计算和仿真结果,验证了动力学方程的正确性.     

基于MATLAB六自由度串联机器人运动学分析CSCD

以某工业串联机器人为研究对象,利用D-H方法创建机器人各个连杆坐标系并确定D-H(结构)参数,用正交变换矩阵顺次相乘完成运动学正解的推导,通过矩阵左乘使对应元素相等求解运动学逆解方程。利用Matla b软件Robotics Toolbox工具箱建立运动学模型,并进行运动学分析,分析得出有关机器人位姿、关节角加速度、角速度、位移的运动曲线,分析验证其运动学正逆解,仿真结果到达预定位置目标,证明建立的运动学正、逆解模型正确性。通过分析关节空间下的运动轨迹,证明机器人路径规划的合理性。     

六足爬壁机器人的运动学建模与仿真

六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制,首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性,基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型,并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性,我们在ADMAS上建立机器人虚拟样机仿真模型,并且设计步态,使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线,以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明,基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高,能够作为多足机器人研究的基础。     

冗余度四面体变几何桁架机器人的动力学规划

对冗余度机器人的运动学和动力学优化问题分别进行了分析,建立了运动学和动力学综合优化的逆动力学方程;解决了关节速度最小范数和最小关节力矩解之间的矛盾,从而在运动中避免了关节运动速度超限,克服了在末端运动结束后机器人关节的自运动问题。     

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题，提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法，其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状，建立其运动学模型，分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系，并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束，建立关节空间变量之间的数学关系，降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析，求解逆运动学的有效解，并研制原理样机进行样机实验，实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。     

三维空间关节型冗余度机器人的运动遗传规划

对关节型机器人的运动特点进行了分析,并建立了该类机构的运动模型。采用层次化的结构来表达问题,运用遗传规划算法的基本原理,求解机器人的角位移和规划机器人的运动路径,为三维空间的冗余度机器人运动学逆解的优化设计提供了一种行之有效的方法。     

HP6机器人运动学动力学分析及运动仿真研究

提出了hp6机器人的基坐标和运动坐标系统和运动学动力学模型,导出了基于D-H参数法的该机器人运动方程和拉格朗日动力学方程,并完成了Matlab环境下的运动学仿真分析,所得结果可应用于机器人关节驱动装置设计及机器人轨迹规划的动力学优化设计.     

空间多机器人协同运动规划研究

面向空间在轨装配任务提出基于优先级的多机器人协同运动规划方法。多机器人系统包括一个7自由度操作机器人和一个13自由度超冗余照明机器人。采用两种规划方法规划高优先级的操作机器人,即关节空间点到点的离线路径规划和基于伪逆的笛卡尔空间在线运动规划。针对低优先级的超冗余照明机器人,将操作机器人视为已知障碍,采用基于A~*算法和末端轨迹跟随的可重构运动规划方法,将运动规划分解为末端路径规划和机器人各关节对轨迹的跟随问题,并验证算法的可重构性。采用具有特定运动学形式的机器人模型进行仿真试验,仿真结果表明,提出的各个机器人的运动规划方法均能有效满足任务需求,且照明机器人的运动规划算法具有可重构性,多机器人系统基于优先级的协同策略能够满足空间在轨装配任务需求。     

仿生直立双足机器人的稳定性控制算法

仿生直立双足机器人共有7个旋转自由度,对其稳定性控制是保证双足机器人稳定行走和姿态变换的关键。传统方法中对仿生直立双足机器人的稳定性控制采用二自由度超外差控制方法,对直立双足机器人抓握和操控的运动规划效果不好。提出一种基于末端效应逆运动学分解的仿生直立双足机器人的稳定性控制算法,构建了仿生直立双足机器人运动学结构模型,采用末端效应逆运动学分解方法对机器人的运动学模型进行七自由度重构,在重构的运动学状态空间中实现仿生直立双足机器人稳定性控制,实现控制算法改进。仿真结果表明,采用该算法进行机器人稳定性控制,机器人行走过程中各个机构部件具有稳定运动学参量的输出,仿生双足机器人的控制机构参数仿真结果与理论值在一定的波动范围内相符,保证了机器人在行走和各种行为动作实施过程的姿态稳定性。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

考虑关节摩擦的并联机器人平滑轨迹规划

针对一种空间3自由度并联机器人,提出一种近似时间最优的平滑轨迹规划算法。与基于动力学模型的传统轨迹规划算法相比,所提出的算法模型综合考虑了所有运动关节的摩擦力矩,通过虚功原理建立了运动机构完整的动力学模型,并将运动学和动力学约束条件转换为伪速度极值曲线,同时计算出伪加速度零值边界曲线,二者相结合能更准确地反映出规划轨迹应遵循的约束条件。利用五次样条曲线分段构建相平面下伪状态、伪速度和伪加速度的平滑运动轨迹曲线,从而保证了驱动力矩、关节速度和加速度的连续性。最后利用所提出的规划方法对一种并联机器人进行轨迹规划,并通过试验验证了该方法的有效性,指出了并联机器人与串联机器人轨迹规划存在的差异,该算法可用于同类工业机器人的在线轨迹规划。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

管道机器人清淤装置设计与动力特性研究

为疏通城市排污管道,设计一种新型管道清淤机器人,为证明其清淤作业的稳定性和可行性,对清淤装置进行了动力学特性研究。建立该管道机器人三维模型,对其清淤装置进行原理分析; 对清淤盘模型进行运动学建模与仿真,并将MATLAB运动仿真曲线与ADAMS运动仿真曲线进行拟合,验证运动方程的正确性; 建立清淤盘动力学数学模型,并基于ADAMS 软件进行仿真,研究动力学正、逆问题,得到扇形盘的运动曲线和受力曲线。结果表明,运动方式和运动规律满足清淤方式为刮削—搅拌—过滤—推进—四位一体的清淤作业要求,动态性能稳定。     

仿青蛙游动机器人动力学分析

仿青蛙游动机器人的动力学分析,是研制仿青蛙水下机器人的基础。通过对所研制的仿青蛙游动机器人机构进行简化,建立机器人系统运动学模型。在此基础上,利用拉格朗日法建立机器人系统的动力学方程,通过逆动力学分析将前期生物青蛙观测实验获取的各关节运动轨迹转化为各关节驱动力矩,最后通过对比分析分别利用MATLAB和ADAMS得到的各关节驱动力矩在一个运动周期内的变化曲线,不仅验证了动力学方程的正确性,也为后期机器人控制系统的设计提供了理论依据。