基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法与仿真

针对移动操作自由度冗余搬运机器人伤员搬运运动的安全性、稳定性要求,提出基于动力学的运动规划与控制方法。采用改进D-H方法建立搬运机器人正逆运动学模型;采用拉格朗日法建立机器人动力学模型;基于零力矩点（ZMP—the Zero-Moment Point）方法建立机器人稳定性评估模型;采用S形曲线方法规划机器人末端运动;通过优化稳定性求解机器人运动学逆解;采用滤波方法拟合关节运动曲线实现关节平稳运动;仿真验证了基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法的有效性。     

机器人的运动轨迹研究与仿真

为研究六自由度机器人的运动学问题,以MZ07六自由度机器人为研究对象,应用D-H法对机器人建立关节坐标系并确定杆件参数,从而建立机器人的运动学模型。在MATLAB环境中,对机器人进行正、逆运动求解,在关节空间里,通过多项式插值对各个关节进行轨迹规划,并完成各关节的角度位置、角速度和角加速度的变化轨迹图像。通过仿真结果,可以得到多项式插值可以使机器人各个关节运动时位置、速度以及加速度的变化情况,且变化曲线光滑、连续,并在MATLAB三维图中直观看到机器人手臂的位姿状态,从而验证了机器人结构参数的正确性,以及多项式插值能够保证达到期望轨迹。同时MATLAB仿真为机器人的运动学问题、结构设计等方面提供了研究平台。     

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。     

核环境下关节式履带移动机器人设计与研究

分析了一种可用于核环境下的关节式履带移动机器人,阐述了用于核环境下关节式履带移动机器人的特殊要求及能满足该要求的运动机构.分析了机器人爬坡、越障、跨沟、爬梯等运动过程.建立机器人杆件坐标系,通过齐次坐标变换建立了机器人的运动学模型,并对正运动学及逆运动学分别进行了求解,为核环境下关节式履带移动机器人的动力学分析求解及设计打下了基础.     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

双臂6R服务机器人的运动学研究及仿真

针对双臂服务机器人运动学的逆解问题,根据其构型特点提出一种逆运动学求解方法。首先,根据机械臂的结构特点,采用标准DH法对其进行建模,得到双臂的正运动学模型,同时采用逆变换方法将机械臂的姿态用欧拉角表示,进而得到机械臂位姿的一组广义坐标;然后,采用几何法和坐标系投影法对双臂6R机器人进行逆运动学求解,经分析计算后最多可得8组封闭解,并选取最优解;最后,基于MATLAB建立双臂的3D仿真运动平台,验证了逆运动学求解的正确性,为机械臂的轨迹规划和避碰奠定基础。     

基于MATLAB的UR10机器人运动学分析与仿真

对UR10智能协作机器人进行建模,求解出机器人D-H模型参数,并对机器人的正逆运动学进行分析,求解出正运动学中各连杆坐标系的转换关系以及逆运动学中各关节转角。并用MATLAB进行了运动学的仿真与方程计算,通过数据对比分析验证了其运动学模型与运动学正逆运算的正确性。     

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。     

基于MATLAB六自由度串联机器人运动学分析

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MATLAb软件RoboticsToolbox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。     

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.     

移动操作机器人运动学及作业灵巧度分析

首先,将UR5机械臂搭载在差速驱动式移动平台上,组成移动操作机器人系统,同时,建立移动平台三维模型,对关键零部件进行有限元分析;其次,建立移动操作机器人系统差速驱动模型和UR5机械臂正逆运动学模型,并得到移动操作机器人在速度层整体运动学模型;最后,利用蒙特卡洛法分析机械臂工作空间,对其作业灵巧度指标进行评估。     

基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法

机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型,其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解,单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人,基于旋量理论建立起机器人运动学模型,利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法,提出一种机器人运动学逆解算法,并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例,利用该算法进行运动学逆解,验证了算法的正确性。     

基于SAMCEF的四自由度并联机器人动力学建模与仿真

利用SAMCEF软件进行了Cross-IV四自由度并联机器人的建模与仿真。首先,利用SolidWorks模型建立了机器人的三维实体模型,并通过运动学逆解模型计算得到驱动轴转角参数。然后,利用SAMCEF软件建立了机器人的多刚体动力学模型和刚柔混合动力学模型,并进行了仿真分析,研究机器人在实际运动过程中杆件的弹性变形对末端轨迹精度的影响,从而预估机器人的动态特性。     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解

基于旋量理论建立6R机器人的运动学模型,与传统的D-H参数法相比,旋量法从整体上描述刚体的运动,避免了用局部坐标系描述时所造成的奇异性.但用旋量法求解运动学逆问题时,受到子问题算法的限制.将吴方法引入逆运动学问题的求解,通过其特征列的思想与旋量法相结合,并利用数字化推理平台(Mathematics mechanization platform, MMP)和Maple软件进行符号化运算实现了运动学逆解算法,最后用计算实例证明了算法的可靠性.基于吴方法求解机器人逆运动学的旋量方程,继承了旋量法的优点并减小了对子问题算法的依赖性,更加便于计算机的机械化运算.该方法具有较高的效率和精度,可以推广到其他构型(如并联机构)机器人运动学问题的求解.     

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。     

仿生四爪式爬管机器人的运动学分析与仿真

设计了一种具有较强的越障性能和负载能力的仿生四爪式爬管机器人,分析了机器人的构型与步态;采用D-H参数法建立了各连杆坐标系,并对各关节的正逆运动学方程进行求解;利用Matlab中Robotics Toolbox模块,建立了机器人在上部躯干两侧手爪处于夹紧状态时的运动学模型,求解得到各关节角度、速度及加速度与时间的关系曲线;将机器人在robotic中的关节运动所得到的数据拟合成Spline曲线,并导入ADAMS中进行机器人整体虚拟样机仿真;仿真实验表明机器人能够顺利进行尺蠖式爬升运动,验证了结构的合理性和运动学方程求解的正确性。     

基于matlab的六自由度机器人运动特性分析

应用Denavit-Hartenberg法建立6R机器人的关节坐标系并确定杆件参数,建立机器人的正逆运动学模型,在Matlab环境下利用Monte Carlo法计算出机器人的工作空间,并用Robotics Toolbox对机器人正逆运动学进行仿真,并对工作空间及关节空间的运动轨迹进行规划,从而验证机器人结构设计的合理性。为动力学分析、离线编程、基于力反馈机器人动态控制以及机器人结构的动态设计的研究奠定必要的基础。     

基于焊接位置数学模型的变位机逆运动学算法

给出了一种通用的2R变位机的逆运动学算法。根据焊缝位置的数学模型,得到了描述焊缝焊接位置的参数——焊缝转角和焊缝倾角与焊缝姿态的关系。以符号的形式表示了变位机的杆件参数及变位机与机器人间的姿态关系。建立了运动学坐标系,推导了满足焊缝转角和焊缝倾角要求的变位机逆运动学公式。该算法解决了不同焊接位置和变位机相对机器人不同安装位置的变位机逆运动学求解,大大地提高了离线编程系统的适用性。