爬楼轮椅后腿机构多目标优化设计

爬楼轮椅后腿机构是典型的平面二自由度五连杆机构,杆长尺寸对其性能产生很大的影响。为了得到最优的杆长参数,建立了五连杆机构的运动学模型和动力学模型,分别在运动学层面和动力学层面上提出了多个性能指标,以其作为目标函数和约束条件建立了机构多目标优化数学模型,利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法得到了Pareto最优解。最后分别以各个性能指标值最小和权衡各个性能指标值为依据列出了几组最优设计点,包括杆长参数和对应的各个性能指标值,人们可以根据设计要求和工程实际经验来权衡选取满足不同要求的优化结果。     

基于运动学性能指标的机械手参数优化研究

针对现有的移摆型机械手,建立了其运动学模型;将多个性能指标构造成综合性能指标作为目标函数,以杆长为设计变量,并将机构参数和多个性能指标作为约束条件,建立了移摆型机器手优化模型;最终通过MATLAB对其进行求解优化,并与初值进行了对比和分析。     

基于Matlab的4R搬运机械手机构参数优化设计

根据工作空间要求,以机械手的工作主截面最小和杆件长度之和最小为优化目标,建立综合优化目标函数,通过Matlab编程得到机械手的结构参数优化解,为机械手的结构设计及运动学与动力学提供基础参数,同时对所优化结果做进一步分析,为机械手的结构修改和调整提供理论依据。     

管内异物抓取机械手机构参数优化设计

考虑抓取机械手工作于狭小圆形管道内与工作对象的分布特点两方面因素,管内异物抓取机械手采用三自由度关节型机械手的机构型式.以机械手的工作空间主截面最大与杆件长度尺寸之和最小为优化目标,建立了综合优化目标函数,得到机械手的结构参数优化解,为机械手的结构设计及运动学与动力学分析提供了基础参数.同时对所得优化结果做了进一步分析,为机械手的机构参数的修改与调整提供了可靠的理论依据.     

危险弹药机器人机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立危险弹药机器人机械手运动学模型;采用蒙特卡罗方法求解机械手末端执行器的位置向量集合;在Matlab环境下,用点云图描绘出机械手工作空间。运用Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,仿真出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证参数设计的合理性,也为进一步研究机器人的动力学、轨迹规划打基础。     

双臂喷釉机械手运动特性分析

针对自主设计的双臂喷釉机械手,应用D-H法建立两个手臂局部坐标系,通过局部坐标系与全局坐标系的转换建立双臂机械手的运动学模型。提出以几何法为基础结合逆变换联合求解的方法,求解双臂喷釉机械手的运动学正逆解。在MATLAB环境中运用定步距角法对双臂机械手的工作空间进行求解。用Robotics Toolbox工具箱对机械手进行正逆运动学仿真,同时将各关节转角代入运动学方程进行求解并对比分析,从而验证机械手设计的合理性和运动学解的准确性,为进一步研究奠定理论基础。     

一种新型水下作业机械手的研究

设计了一种可用于水下3000m作业的7自由度机械手；运用机器人运动学理论中的D—H参数法建立了机械手的运动学模型，并详细描述了该机械手的工作空间；然后用蒙特卡洛法并借助MATLAB对其工作空间进行了求解与仿真。     

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、差分进化算法（DE）三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动（SCARA）并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。     

一种平面冗余驱动并联机器人的优化设计

以一种平面2自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,在已有文献对机构的空间模型、运动学方程、工作空间和运动学性能指标分析的基础上,提出了全域性能指标和局域性能指标的概念,讨论了各种局域性能指标之间的关系,并结合运动学性能指标,在各种性能指标综合最优的基础上进行了机构尺寸参数优化设计,优化出尺寸参数范围,并选取典型尺寸设计实际机器人机构;再利用实际机器人机构的各项全域性能指标值和局域性能指标在可达工作空间内的分布,首次提出了组装构型优化概念,在反解多的机器人机构设计中选择最佳反解组装构型.     

缸套类产品自动生产线的上下料机械手运动学设计

针对缸套类零件生产线的特点,设计了上下料搬运机械手,分析了其工作流程,并进行了机械手的运动学设计.在建立上下料机械手各杆件的D-H坐标的基础上,构建了五自由度机械手的运动学模型,实现了笛卡尔坐标空间到关节空间的运动变换,通过运动学方程求解得到了正向运动学解,确定了机械手雅克比矩阵和关节速度.     

一种新型三平移并联机器人的运动学与灵巧度分析

以少自由度并联机构作为研究对象,设计一种新型空间三平移并联机器人机构,根据方位特征方程理论计算机构的自由度、耦合度、方位特征集等特性.通过杆长约束条件建立运动学方程模型,推导机构的正逆解解析式,基于此,研究机构的操作空间与运动灵巧性等性能指标,同时分析结构参数尺寸跟操作空间与全局灵巧度的关系,建立全局灵巧度与可达工作空间的多目标优化模型,基于Pareto解的多目标粒子群算法实现多目标参数优化,结果表明:机构耦合度低、具有正解解析式、操作空间大、运动灵巧性较好,优化后的参数解析为并联机构的应用设计提供参考依据.     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

凸轮控制的三自由度并联机械手的设计与分析

基于并联机构理论设计了一种凸轮控制的单动力输入三自由度并联机械手,对其进行运动学研究,完成了该机械手的自由度分析、求得运动学正逆解。在此基础上,完成了凸轮的参数化设计。最后用Pro/E进行运动学仿真,验证了设计的正确性,为机械手的速度、加速度模型的建立,工作空间以及奇异性分析提供理论依据。     

基于Kriging模型的并联机器人机构的多目标优化设计

为了提高并联机器人机构的性能特性,对机构参数进行优化设计分析,以达到性能指标最优的目的。先对应用于盾构拼装机的并联机构进行了运动学分析,利用封闭矢量法建立了逆解方程,并在此基础上求解了表征驱动关节输入和动平台输出映射关系的雅可比矩阵。引入衡量并联机构性能的全域运动灵巧度和全域承载能力指标,并以结构参数为设计变量,性能指标为优化目标,基于Krigring近似模型,利用多岛遗传算法对并联机构进行多目标优化,最终得到Pareto解集,并选取了机构参数的最优解。结果表明,基于Kriging模型的多目标优化对机构性能有明显的改善。     

水下双功能机器人的机械手设计与分析

随着核电业的快速发展,核电站对水下机器人的使用要求不断提高,并逐渐催生出一种水下爬行与潜浮双功能机器人,在此基础上提出一种水下爬行与潜浮机器人通用的机械手设计方案,通过正逆运动学分析、机械手工作空间的求解与仿真以及基于SolidWorks运动仿真模块的仿真与计算,验证了该机械手设计方案满足要求以及搭载在爬行式和潜浮式机器人上作业的要求。建立了运动学模型,得到了运动学特征方程,解出了机械手运动学正解和逆解,以及工作空间仿真系统,为之后的机械手动力学分析、实时控制和轨迹规划提供了重要的理论基础。     

全对称四自由度并联机器人机构运动性能分析与多目标优化设计

基于方位特征集设计理论和方法,设计了一种完全对称、且具有三平移一转动性质的4-RRPaR并联机器人机构,分析方位特征集、自由度、耦合度等拓扑参数。根据矢量法构建运动学位置方程,推导得到运动学逆解解析式,同时根据算例分析得到位置正解和位置逆解数值解。利用雅可比矩阵计算得到位置正解奇异、位置逆解奇异产生条件,选择极坐标边界搜索法计算工作空间与转动能力等性能指标。分析表明：机构边界光滑且内部存在空洞情况、动平台转动角度范围较小。另外,提出有效转动能力比指标ω概念,结合有效工作空间利用率μ,建立多目标的数学优化模型,采用经典的NSGA-Ⅱ搜索算法对有效转动能力比指标ω与有效工作空间利用率μ进行多目标参数优化,最后通过算例分析得到优化后的工作空间以及转动能力,优化后的工作空间边界圆润且内部不存在空洞情况、转动灵活性较好。可权衡设计需求和实际应用需求来选择最佳的优化参数。     

基于MATLAB的冲床上下料机械手运动学分析

为了提高冲压加工的上料效率并尽可能消除安全隐患,首先根据冲床加工系统的工作要求,设计冲床上下料机械手的总体结构;然后利用D-H法建立机械手连杆坐标系,完成机械手的正逆运动学分析求解计算;最后应用MATLAB完成机械手模型建立、点到点运动轨迹规划、正逆运动学求解以及各关节运动学参数的仿真,证明机械手运动平稳无冲击,能够满足实际生产需要。分析表明:机械手的运用能够提高生产效率、降低劳动强度,对冲床产业自动化有一定的促进作用。     

一种六自由度机械手的运动学分析

讨论了一种六自由度排爆机械手运动学问题,利用D-H坐标变换方法来建立了机械手的运动学数学模型和目标矩阵,利用MATLAB强大的符号运算功能,对方程进行求解,得出正逆运动学的解。通过正运动学的解,可以得出了解机械手各关节在执行任务时的运动轨迹;而逆运动学的解则可以求出机械手要到达某一位姿机械手各关节的扭角。运动学分析也为今后实现机械手的自动控制提供了设计参数。     

单臂SCARA手的动力学建模与参数辨识

针对单臂SCARA手臂机械结构,获取单臂高速大气机械手的动态特性对于机器人的精确运动和动力学控制有着重要的意义。首先将SCARA型机械手动力学分为上升、旋转和伸缩三个模块进行讨论。然后提出了其等效的运动学模型,并求出运动学的正反解,同时用拉格朗日法求出了动力学方程。最后利用参数辨识的方法求解出摩擦系数。利用了MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学进行了仿真实验,通过比较整个动态转矩和电机扭矩证明了算法的有效性。经过实际测试,该动力学可靠有效。     

一种支链含Pa副的新型2T1R并联机器人的运动学分析与多目标性能优化研究

以并联机构2T1R作为研究对象,基于并联机构拓扑结构设计理论综合出一类支链含Pa平行四边形机构的2T1R并联机构,并优选出两种新型2PRPaR-PPaR与2RRPaR-PPaR并联机构,以2PRPaR-PPaR并联机构为例,利用方位特征集拓扑结构理论计算机构的方位特征集、自由度、耦合度等拓扑特性,根据建立的特征方程并得到机构的运动学逆解解析式。基于此,分别对机构的工作空间、灵巧度、转动能力等性能指标可视化分析,并通过图形化对比分析机构参数对这些性能指标的影响,最后建立工作空间和全局灵巧度多目标优化模型,选择快速非支配多目标优化算法（NSGA-Ⅱ）实现机构尺度综合,结果表明：2PRPaR-PPaR机构具有工作空间较大、灵巧度较好、转动能力高等优良特性,优化出一组不同姿态角下的对工作空间和全局灵巧度的多目标pareto优化解。