七自由度机械臂动力学分析与仿真

针对七自由度机械臂(KUKA LBR IIWA机械手臂)的动力学模型正确性问题,对其关节1进行动力学分析。首先,采用DH法进行结构建模,得出正运动学方程,依据七自由度机械臂自运动特性,计算出机械臂各关节角。然后,采用牛顿—欧拉方法对机械臂进行动力学建模,推导出机械臂各关节约束力/力矩方程。最后,采用ADAMS动力学仿真和实物实验论证,分别对机械臂关节1在静态和动态两种情况所受到的力/力矩进行比较。结果表明:运用理论公式推导、ADAMS仿真和实验验证,综合分析出机械臂关节1受力/力矩结果误差不大,具有一致的,为后续机器人控制、机器人动态分析和机械臂动力学优化等问题研究奠定基础。     

双臂机器人协作空间的解算

双臂机器人能极大的拓展机器人的活动能力,在空间科学领域中得到了越来越多的应用.双臂机器人工作空间的形状边界的精确计算在它的优化设计和应用中非常重要.本文针对一种双臂空间机器人的二维地面实验系统,给出了双臂的运动学模型.依据从关节空间到工作空间的运动学映射,采用蒙特卡洛方法分别建立每只操作臂的工作空间.在此基础上针对机器人双臂工作空间的公共区域即协作空间,采用计算机图形学理论中的射线相交方法加以分析计算,得到了协作空间的几何形状.     

基于极小极大算法的双臂机器人精度提升方法

针对双臂机器人绝对精度和协作精度的指标要求,基于激光跟踪仪测量的双臂末端三靶球点位数据,使用极小极大的搜索算法,提出了鲁棒的双臂机器人运动学几何参数校准方法.该方法分两步:首先,分别对左右两臂的几何参数进行校准,在左(右)臂末端安装三个靶球,以三个测量点中的最差绝对定位误差为指标函数建立非线性优化问题,确保校准结果的鲁...     

基于模糊迭代Q-学习的冶金工业机器人轨迹跟踪控制研究

冶金工业机器人在现代工业生产中扮演着越来越不可替代的角色。由于工业自动化程度的大幅提升,人们对冶金工业机器人的性能也不断地提出新要求,尤其是对其控制系统的稳定性提出了更高的要求。针对目前冶金工业机器人轨迹跟踪精度较低且不具有自适应动态调节特性等问题,提出了一种模糊迭代Q-学习控制算法。以6-DOF（six degree-of-freedom,六自由度）双臂机器人为研究对象,利用Fuzzy工具箱编写模糊控制规则,以机器人产生的位置误差以及位置误差的变化率为模糊控制器的输入量,并引入Q-学习策略,以调整模糊控制器中的量化因子、比例因子以及迭代学习控制中的PD（proportional derivative,比例微分）参数,完成模糊迭代Q-学习控制器的设计。然后,联合ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和MATLAB软件搭建6-DOF双臂机器人仿真平台,开展高精度轨迹跟踪的轴孔装配任务模拟。仿真结果表明,6-DOF双臂机器人关节空间的轨迹跟踪精度较高,同时可以完成双臂轴孔协调装配任务,验证了所提出控制算法的有效性和先进性。研究结果可为双臂协作机器人实现高精度轨迹跟踪的轴孔装配提供参考,具有一定的实际应用价值。     

高速重载码垛机器人动力学仿真

目的 为了实现大重量、大体积木门等板状物品的快速搬运与包装作业,设计一种适用于高速重载条件下的六自由度码垛机器人.方法 针对该机器人,对其关键部件进行选型,通过D-H参数法建立机器人的运动学模型,并进行正逆运动学分析;求取机器人的工作空间,得到机器人所能达到的极限位置,为机器人的布置方案提供参考;运用ADAMS软件建立码垛机器人的动力学模型,对其在将木门进行搬运包装时危险工况进行仿真分析.结果 得到码垛机器人处于最大臂展的危险工况下,大臂所受力及力矩最大,所受力及力矩最大值分别为12.9 kN,13.5 MN/mm.为进一步探究大臂的力学特性将大臂进行柔性化处理,得到大臂的力和力矩波动变化,以及最大动应力点,大臂所受力和力矩波动的最大值分别在z方向及y方向处,最大值分别为621 N,895 kN/mm.结论 机器人各关节所受力和力矩变化无明显突变,所受刚性冲击较少;证明了在高速重载条件下大臂设计的合理性,为机器人结构的进一步优化及轻量化设计奠定了重要基础.     

七自由度机械臂KUKA IIWA7可达性分析

机械臂的可达性描述机械臂末端到达六维工作空间的能力,了解机械臂的可达性分布,有助于更好地完成机械臂操作任务。本文对七自由度机械臂kuka-iiwa7进行可达性分析,为了计算该机械臂的可达性需预先解决两个关键问题,首先是六维工作空间划分问题,本文使用等分划分SE(3)的方法对整个六维工作空间进行划分。其次是该机械臂逆运动学求解问题,在考虑关节极限的情况下,本文提出使用关节角为冗余参数结合冗余机械臂的自运动来判断给定的机械臂的末端姿态是否存在满足关节限位的可行逆解,从而解决逆解求解问题,最后在matlab中画出了kuka-iiwa7的可达性图。     

一种平地楼梯两用助行机器人的建模与仿真分析

为解决老年人和残疾人出行不便的问题,提出了一种平地楼梯两用的助行机器人设计方案,采用轮足式结构实现爬楼梯功能.用R.Morales方法进行正、逆运动学分析,计算出机器人质心及各关节位移轨迹.用RobersonWittenburg方法推导出系统的动力学方程,将逆运动学解代入动力学模型中求得各关节所需的驱动力矩.同时在ADAMS中建立虚拟样机模型,进行运动学和动力学仿真,得到的机器人质心位移轨迹和各关节驱动力矩与MATLAB的计算结果一致,验证了设计方案的可行性和理论推导的正确性.     

基于P-Rob六自由度机械臂运动学建模与仿真

目的为实现后续机械臂控制算法研究,检验机械臂运动学模型构建的正确性,基于PersonalRobotics,对六自由度机械臂进行运动学模型构建和轨迹仿真。方法通过标准D-H法建立运动学模型,实现机械臂的正、逆运动学方程求解,根据机械臂的结构特性,对传统逆向运动学求解的解析法进行改进。结果使用仿真软件Matlab验证了运动学模型建立的准确性,改进的逆向运动学求解算法降低了传统求解算法的复杂度。使用仿真软件Matlab验证了运动学模型建立的准确性,并通过Matlab对改进的逆行运动学求解方法进行了验证,结果表明,改进的逆向运动学求解速度是传统逆向运动学求解速度的一半。结论根据六自由度机械臂的运动学研究,对实际机械臂的运动控制具有一定的参考价值。在实际的P-Rob机械臂上进行了仿真数据的测试,再次验证了运动学模型建立的准确性,仿真数据可应用于实际的机械臂控制中。实验现象表明针对此机械结构的机械臂,使用改进解析法求解逆解的方法计算简单、误差小、可行性强。     

六轮移动机器人运动学建模与仿真

针对石化行业的需求,设计了一款具有较强运动灵活性的适合在狭小空间、复杂环境中工作的六轮移动机器人。采用4个全向轮与两个普通橡胶车轮混搭的车轮配置方案,建立机器人的运动学模型,并分析了车轮的运动参数与机器人本体位姿之间的关系;运用ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型,通过对直线行驶、原地转向性能进行运动学仿真,得到了机器人的运动学曲线,验证了运动学理论模型的正确性和机器人机构设计的合理性。原地转向误差实验表明,机器人具有较强的原地转向能力,原地转向最小误差可达到2.299mm,较好地满足了该机器人的高灵活性需求。     

仿人型服务机器人双臂动作示教及评估研究

目的 基于自主研发的仿人型双臂服务机器人,研究体感示教及动作再现技术,并评估机器人拟人动作的合理性.方法 首先根据机器人的构型,利用D-H法对机器人进行运动学建模.然后设定6种日常生活中常见的人体上肢动作,利用Kinect V2动作捕捉设备获取真人演示动作数据,将臂形角作为冗余量进行运动学逆解,求得机器人所需关节角,使机器人能够复现人体动作.之后基于恐怖谷理论,结合层次分析法和语义分析法,提出评估方法,评估机器人复现的动作.结果 机器人以拟人的姿态复现了人体示教动作,评估结果显示,不同类型的动作会让受试者产生不同的心理感受.结论 对于仿人型双臂服务机器人而言,体感示教是一种自然高效的示教方式,由此产生的行为符合用户心理预期,为服务机器人融入日常生活提供了理论依据.     

一种六自由度上肢康复机器人的结构设计及运动学分析

为解决现有上肢康复机器人功能单一以及结构复杂的问题,提出了一种6-DOF外骨骼式上肢康复机器人,建立了康复机器人的运动学模型,通过D H变换对其正向运动学和逆向运动学进行求解.运用Pro/E对康复机器人进行三维建模,通过Mechanism/Pro导入ADAMS/view中进行运动学仿真,得到机器人末端位移的仿真曲线和理论曲线一致,验证了理论推导的正确性,进一步仿真结果证明该方案具有较好的运动特性.     

基于MATLAB的机械臂运动学分析和轨迹规划

目的 研究包装机械臂运动学和轨迹规划,以实现机器臂的平稳运行和精确控制。方法 以六自由度包装机械臂模型为研究对象,采用改进的D–H参数法建立坐标系,推导运动学方程,运用MATLAB搭建机械臂模型并进行正逆运动学仿真,以验证模型的正确性。其次,采用五次多项式插值算法对机械臂关节空间进行轨迹规划。最后,针对包装作业中待包装产品的定点抓取搬运任务进行轨迹规划和仿真。结果 搭建的机械臂模型正确,五次多项式插值法轨迹优化效果好,可保证各关节角度、速度和加速度曲线光滑连续;计算出抓取搬运任务中各关节的关节量,并得到了末端执行器运动轨迹曲线。结论 机械臂能以预期的运动精度完成抓取搬运的动作,为进一步探究机械臂的运动控制和实际应用奠定了基础。     

一种改进BP算法在机械手逆运动学中的应用

通过对传统BP算法的分析，提出了一种改进激励函数的学习方法，并且在神经网络的每一层采用不同的学习速率，以提高训练速度；采用所提出的改进BP算法，训练多层前向神经网络，建立机械手逆运动学模型，仿真结果表明了该算法的有效性；与传统BP算法相比，大大提高了机械手逆运动学的精度。     

基于同伦延拓的冗余机械臂逆运动学优化算法研究

目的 针对偏置冗余机械臂的逆运动学,采用传统数值法存在依赖初始值、奇异位姿收敛性差等问题,提出一种改进数值法。方法 首先将非线性方程组转化为同伦方程组,引入同伦延拓算法能够有效避免依赖初始值的问题,同时能够获取逆运动学解空间。然后考虑奇异位姿,将同伦方程组转化为最小二乘问题,采用Levenberg Marquardt算法对同伦方程组进行路径追踪,以获取逆运动学解空间。最后将关节极限避免问题映射为解空间优化问题,引入二进制改进粒子群优化算法,获得最优逆运动学解。结果 实验结果表明,相较于传统数值法,文中所提数值法针对逆运动学求解具有更高的收敛率、更快的收敛速度,同时二进制改进粒子群算法能够有效避免关节极限问题。结论 采用文中所提数值法求解逆运动学的精度较高,能够满足实时性要求,对于机械臂用于包装作业具有一定的理论意义和工程应用价值。     

基于并联机构铣床工作台的设计

 基于并联机器人机构的运动输出理论, 考虑结构的对称性和解耦性, 构造出一种新型的具有二平移一转动的三自由度并联机器人机构,给出了机构的运动学反解模型,并用MATLAB计算出其位置正解。以图解形式描绘该机构的可达工作空间,找出影响定姿态工作空间的因素,并提供了该机构在铣床上的具体应用实例。该机构良好的对称性和解耦性,为系统控制带来了方便。     

一类刚柔协作混联机器人机构的绳索数量和位置分布研究

随着抛光、打磨工艺自动化水平的不断提高,并、混联机器人机构广泛应用于抛光、打磨工艺。为满足抛光、打磨等连续接触式作业的要求,将一类三自由度刚柔协作混联机器人机构作为抛光、打磨设备的主进给机构。通过建立3种绳索数量和位置分布不同的刚柔协作混联机器人机构的运动学模型,运用封闭矢量法分别求得其刚性部分和绳索部分的位置逆解,运用对位置逆解求导的方法得到了3UPS和绳索部分的速度雅克比矩阵;建立了UP支链的D-H坐标系,并运用微分变换法求得UP支链的速度雅克比矩阵,进而求得了3种刚柔协作混联机器人机构的量纲统一速度雅可比矩阵。利用MATLAB软件对该类刚柔协作混联机器人机构的各项性能指标进行求解,通过对比分析各项性能指标,得到了能够满足不同抛光、打磨工况要求的刚柔协作混联机器人机构的绳索数量及位置分布。研究结果为不同工况下刚柔协作混联机器人机构的绳索数量选取和布置提供了理论依据。