机器人三维图形仿真系统的设计

本文阐述了机器人三维动画仿真系统Ｒ３ＤＡＳＳ的设计原理，根据形体建模中综合代数法与离散法的优点，提出了ＤＡ法，兼顾了精确造型的可能性和运动仿真的实时性，同时结合造型系统的情况，提出了一种运动学方程的建立方案，避免了繁琐的输入Ｄ－Ｈ参数的步骤及矩阵求逆运算。     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

基于MATLAB的6R焊接机器人运动学的仿真研究

为了更好地控制焊接机器人进行精准的焊接作业,以ABBIRB1600型焊接机器人为研究对象,利用MATLAB分析了它的正运动学、逆运动学和轨迹规划问题。基于标准D-H法对其进行建模,建立正运动学方程;在正向运动学的基础上,通过矩阵求逆的方法生成多组非线性方程并得到机器人各关节角度变量的8组解;在关节空间内对该机器人进行运动轨迹仿真,得到各关节轴的角位移、角速度和角加速度随时间变化的平滑曲线,仿真结果证明了所建立的运动学方程的正确性以及该机器人参数的合理性。为后续焊接机器人的轨迹规划研究提供了必要的理论基础和正确的运动学模型。     

基于SimMechanics的工业机器人刚度分析

提出了一种利用Matlab/Sim Mechanics工具箱建模仿真的方法,根据机器人关节刚度与操作刚度的映射模型,分析工业机器人的刚度性能。为了在分析工业机器人刚度参数时规避奇异点,首先建立运动学仿真模型,通过跟踪工业机器人末端的轨迹,计算出机器人的工作空间;再建立施加负载的仿真模型,通过传感器模块输出位置坐标,并得到末端变形量,从而得出机器人的刚度参数;最后通过刚度指标与各个关节角度的关系,分析各个关节对刚度的影响程度。这种方法克服了传统方法对机器人进行运动学正、反解求解的弊端,同时避免了利用极限理论编程运算的复杂。     

基于VRML和Java Applet的机器人三维仿真

运用VRML语言对七自由度机器人进行了几何建模，把仿真图形嵌入到由Java Applet建立的用户界面中，建立了机器人三维仿真系统．建立了Java和VRML的编程接口EAI，通过Java多线程实现仿真机器人各个关节的同时运动，仿真系统可进行机器人轨迹规划、避障模拟、运动学优化等。     

MOTOMAN-HP3型机器人运动学建模

根据MOTOMAN-HP3型机器人具体结构特点,建立机器人的运动学模型,求出正逆解.并在机器人运动学建模过程中,对关节运动范围的转换规律进行了研究.为机器人运动分析、离线编程、轨迹规划等打下了基础.     

六足步行机器人的步态规划及运动学分析

主要对六足步行机器人进行步态规划和运动学建模,规划了六足步行机器人的直行步态和足端轨迹.基于MATLAB软件建立机器人的逆运动学模型,生成机器人步行时各个驱动关节的变化曲线.通过在六足步行机器人的实验平台上模拟机器人的实际运动状态得到机器人步行时的轨迹曲线,分析了机器人的步行性能,验证了步态规划的可行性和运动学方程的正确性.     

机器人末端工具参数自动标定方法

提出了三种机器人末端工具参数担的自动标定方法,并结合ＨＤ１００六自由度焊接机器人,分析了各自的特点和应用场合,给出了工具参数标定方程。     

基于MATLAB的PUMA机器人运动学仿真

机器人运动学是机器人学的一个重要分支，是实现机器人运动控制的基础．文中主要针对PUMA机器人操作机运动学正问题分析，以D—H坐标系理论为基础并建模，利用MATLAB工具，实现了简单的仿真，有助于对机器人关节运动角度的深入理解，并为工程人员提供一种有效的分析手段。     

NAO机器人手臂的运动建模与控制

针对机器人手臂抓取物体时的控制问题,以NAO机器人为操作对象对手臂的运动进行了建模与控制。采用D-H运动学建模机理,建立机器人手臂的运动学模型,并通过分析NAO机器人左臂的结构得到D-H运动学模型参数。对模型输出与NAO机器人手臂的实际运动轨迹进行了比较分析,验证了机器人手臂运动学模型的精确性。依据运动学模型获得了手臂的动力学模型,并基于该模型设计了自适应PD控制器,仿真结果表明,当系统存在较大扰动时,自适应PD控制器比PD控制器对机器人手臂运动具有更好的跟踪性和鲁棒性。     

闭链级联式机器人基于旋量理论的动力学分析

闭链级联式机器人是一种复杂型式的机器人,对其进行动力学分析是实现对其进行运动控制的必要前提.闭链级联式机器人的结构特点是:任何一个闭链级联式机器人都存在一条主运动链,且主运动链为开链机器人;主运动链的各个关节均为被动关节或被测量关节,分别由相应的闭链驱动或测量.基于旋量理论的动力学分析方法是通过使用运动螺旋和指数积公式等数学工具建立起机器人的动力学方程,从而求取机器人的驱动力矩.由于闭链级联式机器人存在闭链,其动力学分析方法不同于传统的开链机器人,用旋量理论建立闭链级联式机器人的动力学方程的要解决两个关键问题:其一是闭链的分解,其二是惯性矩阵的求取.该方法也为解决单闭链机器人的动力学分析问题提供了基础.     

应用基于运动螺旋的机器人正解映射求解搬运机器人的逆运动学问题

应用基于旋量理论的指数积公式建立了搬运机器人的正解映射,并基于矩阵变换了求解该机器人逆运动学问题的方法,该方法为求解一般机器人的逆运动学问题提供了参考.     

基于雅可比矩阵分析法的多关节机器人机构设计技术研究

鉴于多关节机器人机构参数的设计是极其复杂的难题,研究出一种平面6自由多关节机器人的机构设计方法。通过分析小载荷6自由度多关节机器人机构设计的特征,提出一种从末端工作载荷任务反推各个杆件所需驱动力与功率作为选取驱动部件、设计机构依据的思路。通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,引入雅可比矩阵解决机器人逆运动学解析问题,得到多关节机器人各关节的运动速度,在速度选定基础上,计算出驱动力矩,综合考虑性价比选择出电机与减速器,根据电机与减速器的外形尺寸,从多关节机器人末端反向设计出机构外形。设计实例表明,该机器人结构具有良好的运动特性,为多关节机器人的详细结构设计提供了一种简单、有效途径。     

基于分离-重构技术的6R机器人逆解新方法

提出一种利用分离-重构技术求6R机器人逆解的新方法。首先利用螺旋理论对机器人进行正向运动学建模,然后利用指数积公式的变换,证明了n自由度机器人的可分离性,以及重构连接的通用几何约束;最后以PUMA-560机器人为例,给出其分离及重新连接的几何约束条件。在满足约束条件的前提下,推导出各个关节角求解公式,最终求得机器人逆运动学解,且实际位姿与目标位姿误差数量级为10-13。所提出的新算法与D-H坐标法相比,计算速度提高了12%,且可避免奇异点的影响。     

Bionic Attitude Transformation Combined with Closed Motion for a Free Floating Space Robot

In order to realize the small error attitude transformation of a free floating space robot,a new method of three degrees of freedom(DOF) attitude transformation was proposed for the space robot using a bionic joint.A general kinematic model of the space robot was established based on the law of linear and angular momentum conservation.A combinational joint model was established combined with bionic joint and closed motion.The attitude transformation of planar,two DOF and three DOF is analyzed and simulated by the model,and it is verified that the feasibility of attitude transformation in three DOF space.Finally,the specific scheme of disturbance elimination in attitude transformation is presented and simulation results are obtained.Therefore,the range of application field of the bionic joint model has been expanded.     

曲面上CRS机器人的极值轨道

为了解决曲面上移动CRS机器人的路径规划问题,在曲面上建立了机器人的动态模型,利用微分几何的李群理论和庞特里亚金最大值原理,证明了曲面上CRS机器人是可控的,并给出了机器人的最小时间控制的必要条件和结构方程.指出速度控制变量和角速度控制变量完全由结构方程和曲面的高斯曲率决定.通过对结构方程的分析,得到机器人的极值轨道由5种基本轨道的有限组合而成,这5种基本轨道是以单位速度向前(后)移动,并且还给出了这5种基本轨道角速度变化的具体分布情况.     

Bionic Attitude Transformation Combined with Closed Motion for a Free Floating Space Robot

In order to realize the small error attitude transformation of a free floating space robot,a new method of three degrees of freedom(DOF) attitude transformation was proposed for the space robot using a bionic joint.A general kinematic model of the space robot was established based on the law of linear and angular momentum conservation.A combinational joint model was established combined with bionic joint and closed motion.The attitude transformation of planar,two DOF and three DOF is analyzed and simulated by the model,and it is verified that the feasibility of attitude transformation in three DOF space.Finally,the specific scheme of disturbance elimination in attitude transformation is presented and simulation results are obtained.Therefore,the range of application field of the bionic joint model has been expanded.     

基于卷积力矩观测器与摩擦补偿的机器人碰撞检测

针对常规工业机器人在未知环境下运行时可能产生碰撞的安全性问题,提出一种新型的机器人碰撞检测算法. 设计卷积力矩观测器,通过实时观测关节输出力矩与动力学估计力矩的偏差实现机器人碰撞检测. 为了避免机器人处于不同位姿、运动状态等情况下关节摩擦对机器人碰撞检测的干扰,采用静态LuGre模型对关节摩擦进行补偿. 通过对实际工业机器人的运动监测,辨识出更加准确的静态LuGre模型参数. 该碰撞检测算法无需加速度信息,避免了对位置反馈信息二次求导所带来的计算误差. 关节力矩基于关节伺服驱动的电流信息获取,无需安装专门的力/力矩传感器,从而在常规工业机器人无需额外配置的情况下,只需采集机器人关节驱动电机电流和位置信息即可实现碰撞检测. 通过人与机器人交互实验验证了该碰撞检测算法的有效性.     

基于模糊聚类的移动机器人并发故障诊断

移动机器人并发故障诊断技术大多将并发的多故障作为多种单故障组合状态处理,这样不仅需要为每种故障设计滤波器,且只能诊断特定的多故障组合.为了克服这些缺点,提出一种移动机器人多故障并发的故障诊断技术.根据移动机器人的运动模型,为每一种单故障状态设计一个对应的卡尔曼滤波器,用这些滤波器对移动机器人并发故障数据进行滤波.利用模糊聚类方法对滤波结果进行分类,根据移动机器人运行数据对不同单故障集合的隶属度诊断任意组合的并发故障.在三轮移动机器人Pioneer3上进行仿真实验,对14种常见的单故障和多故障并发的情况进行诊断,证明了该方法对轮式移动机器人并发故障诊断的有效性.     

Stable walking of quadruped robot on unknown rough terrain

Quadruped robot is considered to be the most practical locomotion machine to negotiate uneven terrain, and shows superb stability during static walking. To improve the ability to go over rough terrain, this paper is focused on the stable walking and balance control of quadruped robots. 24 kinds of walking gaits are analyzed in order to derive the most stable and smoothest walking gait. Considering the inefficiency to model a terrain by its specified appearance, a uniform terrain model is established and by means of kinematic analysis, a method to adjust the body posture and center of gravity (COG) height is presented. Simulations demonstrate the effectiveness of the proposed method and the improvement of the adaptation of quadruped robots on rough terrain.