可移动着陆器腿足最优时间⁃急动度轨迹规划

为保证可移动着陆器在运动过程中腿足机构不产生较大的冲击和振动,对可移动着陆器腿足机构各关节空间内的运动轨迹进行了规划,并以时间-急动度最优为目标进行优化。首先,介绍了兼具着陆缓冲和星表移动等功能的六足可移动着陆器的设计方案,推导了腿足运动学,分析了落震缓冲性能;其次,通过运动学逆解求得足端迈步轨迹关键点在关节空间内的映射节点,对节点进行三次样条曲线拟合;然后,以节点时间间隔为变量,建立了最优时间-急动度轨迹优化模型;最后,通过多种群遗传算法对该模型全局最优解进行搜索求解。结果表明,可移动着陆器腿足机构具有稳定连续的运动性能,所规划的最优时间-急动度轨迹合理有效,腿足机构运动过程中无较大冲击和振动。     

高速并联机械手抓放轨迹规划方法

在高速并联机械手门形抓放路径的基础上,阐述了在操作空间中用Gutman运动规律进行轨迹规划的方法。针对所述轨迹规划方法在运动始末端存在跃度突变,导致柔性冲击的问题,提出了一种基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法。以一种2自由度高速并联机械手为研究对象,通过运动学逆解和试验对比分析这两种轨迹规划方法的运动特征,结果表明:基于Gutman运动规律的修正梯形加速度曲线的轨迹规划方法所得到的跃度曲线没有突变,运动特性更优。     

基于ADAMS的三自由度平动并联打磨机构的轨迹规划与仿真

为了完成对悬锤工件表面毛刺的打磨任务,提出了并联打磨机构的轨迹规划与插补算法。首先,基于一种新型三自由度并联打磨机构的运动学逆解,即如何控制支链驱动关节来实现期望的运动轨迹,进而确定了动平台几何中心点按预期轨迹运动时应在滑块驱动关节上设定的运动驱动函数规律。其次,借助Pro/E创建该机构的装配模型,通过ADAMS虚拟样机技术验证了轨迹规划的可行性、正确性。     

四自由度机器人抓取运动目标建模与轨迹规划

为减少四自由度机器人运动过程中的抖动,提高轨迹规划的精度,提出采用七次多项式对四自由度机器人抓取运动目标过程中各个关节进行轨迹规划的方法。首先,对机器人各连杆之间的变换关系进行运动学分析,利用Matlab中的Robotics工具箱建立运动学模型,并验证逆解的正确性。针对五次多项式插值规划的轨迹精度不高的问题,采用七次多项式规划算法对PTP(point to point)的运动路径进行规划,在Matlab平台仿真实现机器人轨迹规划。仿真结果表明,在抓取运动目标过程中各关节位移、速度及角加速度随时间变化曲线连续没有突变,使机器人平稳的实现了对运动目标的抓取,降低了硬件开发成本。     

三自由度并联机器人运动学分析及轨迹研究

介绍了三自由度并联机器人的结构特点,并对其进行运动学分析,建立该机构的逆向运动学方程。基于运动学的逆解对并联机器人的轨迹进行规划,采用多项式的方法对轨迹进行修正,在UG里建立模型再导入ADAMS进行仿真试验。该方法优化了并联机器人的运动特性,提高了抓取速率,避免了抓、取过程中对机器人造成的冲击。     

基于组合函数的脚踝康复机器人轨迹规划

针对所设计的混联式脚踝康复机器人的轨迹规划问题,对该机构并联部分的运动学逆解、轨迹规划方法、推杆输出控制进行了研究,提出了一种摆线函数和矩形函数相组合的康复轨迹,推导了其加速度、速度和位移的解析表达式。对比分析了该组合轨迹函数和传统摆线形式的轨迹函数对脚踝康复机构运动启停平稳性、最大速度、最大加速度以及刚性冲击的影响;最后,根据运动学逆解,计算了康复机构作跖屈/背屈运动时各推杆的输出量,并将其导入ADAMS进行了仿真实验,探讨了不同组合函数下各推杆的运动参数以及末端参考点的运动轨迹。研究结果表明:采用组合函数形式轨迹的新型混联式脚踝康复机器人能为患者提供一种启停平稳性较好,最大速度/加速度小、刚性冲击较小的康复运动。     

三自由度Delta并联机械手轨迹规划方法*

以三自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其高速搬运作业下的操作空间和关节空间的轨迹规划策略进行研究。结合实际作业需求,对机械手末端运动轨迹的关键路径点进行设置,建立点到点的搬运作业轨迹。以机械手运动学逆解模型为基础,在操作空间利用3-4-5次多项式运动规律建立操作空间运动特征到关节空间运动特征的映射关系。以机械手运动学正解模型为基础,在关节空间利用五次非均匀有理B样条(NURBS)运动规律建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹关键点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行计算机仿真,对比分析机械手关节角度、角速度和角加速度等运动特征,并通过物理样机试验进行验证。结果表明关节空间内基于五次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法在减小运动过程中机械手振动和降低电动机功耗等方面优势明显。     

空间3R机械臂逆向运动学的奇异轨迹线方法研究

针对机器人逆运动学多解问题,提出一种基于奇异轨迹线的多模块径向基神经网络的求解方法。根据奇异轨迹线理论,将关节空间严格划分成只具有单逆解的多个关节子空间区域,然后通过正向运动学,使各个关节子空间映射到同一工作空间,以获得多组工作空间位置相同但是关节区域不同的训练样本,每组训练样本只含单逆解。在多模块径向基神经网络结构中,每个子模块分别负责学习一组训练样本,从而将逆运动学多解求取问题转化为各个子模块对神经网络权值的训练问题,通过神经网络结构中的多个模块逆解预测,实现了机器人逆运动学的多解计算。算例表明基于奇异轨迹线的多模块神经网络能够正确输出多组逆解,满足求解精度要求,在逆运动学多解求取中具有较好的推广价值。     

基于机械臂的运动学研究与应用

传统的机械臂控制算法都需要进行运动学的正解与逆解。通过这两种方法进行直角坐标和关节坐标两者之间的转换,然后通过关节空间的轨迹规划过程给出各个关节电机的进给量,驱动其运动,完成既定的动作。然而,运动学的正逆解需要进行大量的数学运算。因此不但对硬件要求高,而且花费时间长,影响了实时性。有鉴于此,研究针对后三关节交于一点的六自由度机器人,利用旋量理论建立运动模型,成功实现六自由度机器人的运动控制。     

基于方位角的7-DOF球面副机构的位置逆解

根据三关节球面副机构的运动特点,分析了各关节点的位置可行域,并以各个杆件的方位角为基础提出了一种球面副机构运动学逆解的新方法。     

改进鲸鱼优化算法在机械臂时间最优轨迹规划的应用

针对机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种改进鲸鱼优化算法的最优轨迹规划方法。首先把机械臂各个关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,在关节空间中采用五次多项式插值构造机械臂的轨迹,然后建立以机械臂运行时间最优为目标的目标函数,采用改进的鲸鱼优化算法（IWOA）来对时间进行优化,提高机械臂的运行效率。最后通过MATLAB进行仿真,结果表明,改进的鲸鱼优化算法相较于其它同类算法求解精度更高,收敛速度更快,并且经过IWOA和轨迹优化结合得到的机械臂的位移、速度和加速度曲线都是平滑的且没有明显的突变,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

Planning of manipulator motion trajectory with higher-degree polynomials use

The paper presents a planning mode of trajectory motion for serial-link manipulators with higher-degree polynomials application. The linear acceleration profiles of end-effector, for each coordinate, were planned as the polynomials of degrees 9, 7 and 5. To build a polynomial form, the properties of the roots multiplicity were utilized. This approach to polynomial form structure necessitates the determination of only one polynomial coefficient, irrespective of its order. Time courses of displacements, velocities, accelerations and jerk for the rectilinear path of end-effector motion for a three degrees of freedom (DOF) manipulator were presented. An inverse kinematics problem was solved and on this basis the runs of displacements, velocities, accelerations and angular jerks of each kinematic chain link were established.     

Kinematics and dynamics analysis of the 3PUS-PRU parallel mechanism module designed for a novel 6-DOF gantry hybrid machine tool

A hybrid kinematic machine (HKM) tool with the respective advantages of serial and parallel mechanism is a significant direction for the innovation and development of current advanced sophisticated manufacturing equipment. This paper considers the configuration design, kinematics analysis and dynamics analysis of a 1-translational-3-rotational (1T3R) parallel manipulator, which acts as the main movement module of a novel 6-DOF reconfigurable HKM. The key parallel manipulator with 4 DOFs is composed of one middle PRU kinematic chain and three identical PUS kinematic chains. First, complete kinematics characteristics, including position, velocity, acceleration and jerk, are deeply analyzed by a vector analysis approach. Reachable position workspace and orientation workspace were derived through the workspace boundary search method. Furthermore, complete inverse dynamics model of the 3PUS-PRU parallel manipulator was formulated by virtue of the virtual work principle with considering the inertial and gravitational properties of struts. Finally, a driving power and energy consumption model of each actuated motor under the prescribed trajectory were obtained, resulting in the decouple contribution of each motion part correspondingly. This systematic and rigorous methodology aims at laying a solid theoretical and technical foundation for configuration design and performance analysis of this homologous type HKM.

     

空间并联机构运动学与动力学逆解的模块化计算方法

应用模块化计算方法研究了空间并联机构的运动学与动力学逆解,计算效率能够满足实时控制的要求。通过对各类支链运动学及动力学逆解的分析,应用牛顿-欧拉法并引入拉格朗日乘子建立了空间并联机构的动力学逆解模型,提出了空间并联机构运动学与动力学逆解模块化计算软件的系统构架。结果表明该方法适用于各类非冗余空间并联机构的运动学与动力学逆解的自动建模和可重构设计,并给出了一种新型并联机构的分析实例。     

空间五自由度机械手动力学的研究及仿真

动力学的计算在机械手臂设计阶段和运动控制阶段都有实际意义.本文对空间五自由度机械手进行动力学分析并采用拉格朗日动力学方法建立理想情况下,即没有考虑摩擦影响下的动力学模型并结合相应计算机算法完成该机械手的动力学逆解仿真计算研究.     

2-UPU-RRC并联机构及奇异位形分析

提出一种新型三平移三自由度空间并联机器人机构,进行机构运动输出特性分析及自由度计算,并建立2-UPU-RRC并联机器人机构的位置正、反解方程。得到该机构的奇异位形。该机构解耦性好,为系统控制提供了方便。     

Time-optimal trajectory planning based on improved adaptive genetic algorithm

This paper investigates a trajectory planning algorithm to reduce the manipulator's working time.A time-optimal trajectory planning (TOTP) is conducted based on improved adaptive genetic algorithm (IAG...     

Kinematic analysis and optimal design of 3-PPR planar parallel manipulator

This paper proposes a 3-PPR planar parallel manipulator, which consists of three active prismatic joints, three passive prismatic joints, and three passive rotational joints. The analysis of the kinematics and the optimal design of the manipulator are also discussed. The proposed manipulator has the advantages of the closed type of direct kinematics and a void-free workspace with a convex type of borderline. For the kinematic analysis of the proposed manipulator, the direct kinematics, the inverse kinematics, and the inverse Jacobian of the manipulator are derived. After the rotational limits and the workspaces of the manipulator are investigated, the workspace of the manipulator is simulated. In addition, for the optimal design of the manipulator, the performance indices of the manipulator are investigated, and then an optimal design procedure is carried out using Min-Max theory. Finally, one example using the optimal design is presented.     

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。     

6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础,运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型,以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解,通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹,应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。