基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模

为了使模块化并联机器人的运动学变化能够响应其构型的变化，提出了基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模方法，并以3 PRC并联机器人构型为例进行了建模研究：根据模块化并联机器人的结构特点，从机器人机构的角度对运动副处进行模块化单元划分，用连接关系矩阵描述所有单元的连接关系，连接关系矩阵可以确定并联机器人的构型；建立各单元的运动学子模型，即在固定参考坐标系中用齐次坐标变换矩阵描述各单元装配接口的空间位姿；根据相互连接的单元间运动副的类型，分析装配接口间的装配约束条件，并构建运动副的约束连续性方程。综合所有单元的运动学子建模和约束连续性方程，即得模块化并联机器人的运动学模型。该方法可适用于串联、并联或混联等任何构型的机器人。     

用矩阵微分建立股骨颈手术导航机器人位姿误差模型的方法

应用矩阵微分建立了股骨颈手术导航机器人的位姿误差模型.依次做了以下主要工作:设计股骨颈手术导航机器人的三维形体结构,即串、并联混合机构;基于结构与运动特征,采用传递矩阵建立手术导航模型;提取特征参数作为微分变元,通过矩阵微分建立手术导航的位姿误差模型;应用仿真软件matlab7.0,以导航机器人的设计尺寸与容差值为变量,对特征参数引起的导航位姿误差分布进行仿真,其结果位姿误差呈平面分布,极大误差在边界线上获得.应用矩阵微分建立的手术导航误差分析模型的工程含义明确,结构规范,适用于将机器人的精度校核穿插到形体设计的前期阶段进行,在并行设计中的精度校验上有实用性.     

轮腿可切换机器人步态切换动作设计及其机体位姿测量仿真

轮腿可切换机器人在不同的环境下具有不同的运动性能,研制一款新型轮腿可切换机器人。该机器人可实现轮式步态和腿式步态的切换以适应不同环境,最大限度提高机器人运动性能。本文研究了机器人进行步态切换时,机器人机体位姿变化及机器人机体质心在空间的位移及机器人腿各个关节的旋转角度的变化的测量方法,为机器人稳定性研究提供依据。通过对机器人步态切换动作进行仿真,测量机器人质心在空间的变化量及关节角度变换,分析测量结果表明机器人位姿变换平稳,证明机器人步态切换动作的合理性。     

6—SPS并联机器人动力学解析模型

本文提出了６－ＳＰＳ并联机器人基于上平台位姿参数的动力学解析模型，定义了矩阵的一种乘法运算，建立了上平台与驱动构件之间的运动关系。     

点焊机器人的位姿计算及仿真

主要说明了点焊机器人在白车身焊接中位姿矩阵的计算,并用 CATIA 软件对机器人的运动轨迹进行仿真。     

基于锥孔靶标的机器人末端位姿间接测量方法

机器人的位姿误差是衡量机器人性能的重要指标,因此位姿测量是机器人校准过程中的重要环节。为简化机器人末端位姿测量过程,提出一种间接测量方法。首先设计靶标并建立靶标坐标系、将靶标安装在法兰盘上、标定出两者之间的转换关系;然后利用绝对关节臂测量机测量靶标上的锥孔,采用最小二乘法并结合靶标坐标系与法兰盘坐标系之间的转换矩阵计算出机器人末端位姿,并分析测量误差对位姿误差的影响;最后对KR5arc工业机器人末端位姿进行测量。实验表明:该间接测量方法相较于直接测量方法的优点在于不仅可以保证测量结果的准确度,而且可提高测量结果的紧密度、大大简化测量过程。     

一种通用的工业机器人位姿检测方法

为满足带有不同末端执行器的工业机器人系统的绝对位姿检测需求,提出一种通用的检测方法。其基本原理是以激光跟踪仪测量固定在机器人末端的4个参考点从而间接测量机器人的绝对位姿,并与指令位姿比较实现机器人位姿准确度和位姿重复性检测;其中,参考点坐标及机座坐标系通过多姿态约束同步标定,并设计非线性标定算法。通过末端带有制孔执行器的KUKA KR210 R2700工业机器人的位姿检测实验表明：该检测方法的准确性可满足机器人位姿检测的需要,且无需特殊的机械工装,具有良好的通用性;基于多姿态约束的非线性标定方法具有良好的鲁棒性,可有效的减小因机器人运动模型不准确引起的标定误差。     

机器人的运动时变可靠性分析

机器人系统存在的多种不确定性会导致其运动精度下降,为此开展机器人运动时变不确定性建模与分析,以期提高机器人运动精度。首先基于运动学分析建立了机器人末端执行器参考点位姿误差模型,随后基于机器人位姿误差模型提出了末端执行器位置精度的点（静态）可靠性、时变（区间）可靠性模型以及机器人运动的系统可靠性模型,最后给出了实现上述可靠性模型高效、高精度求解的包络方法,并以斯坦福机器人为实例验证了所提模型和求解方法的有效性。研究表明,所提出的可靠性模型能够有效获得机器人各坐标分量上的时变可靠度以及机器人运动的系统可靠度。研究工作为提高机器人运动精度提供了新方法。     

2-UPS/(S+SPR)R并联机构伴随运动与正反解分析

目的分析含有闭环单元的三自由度2-UPS/(S+SPR)R并联机构是否具有伴随运动,并对该机构的位姿正逆解进行分析。方法利用欧拉变化得到旋转矩阵,结合机构的结构特性建立约束方程,分析机构是否具有伴随运动和机构的位姿逆解。利用粒子群(PSO)算法分析机构的位姿正解。结果该机构不具备z轴方向的转动伴随运动,建立了位姿逆解方程;通过PSO算法在输入驱动参数的情况下,可以精确地得到动平台的位姿。结论机构不存在伴随运动,通过PSO优化算法得到了位姿正解精确的数值解,为分析机构的工作空间提供了良好的基础。     

基于模型的水下机器人视觉悬停定位技术

根据7000米载人潜水器水下作业的需要和特点,提出了一种基于单目视觉位姿测量原理的水下机器人悬停定位方法,构建了包含水下目标识别与跟踪、三维位姿计算及水下机器人控制三项关键技术的水下演示实验系统。以自行研制的水下机器人控制系统实验研究平台为实验载体,以4个按正四面体分布的小球构成的合作目标为观察目标,在室内实验水池中实现了水下机器人悬停与定位演示实验。实验结果显示,系统能够弓I导机器人运动到指定位姿并实现稳定的悬停和定位。该项研究为基于模型的单目视觉三维位姿测量技术开辟了水下机器人应用新领域。     

体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统

针对脑卒中患者因大脑神经损伤而造成的上肢运动功能缺失,结合镜像疗法的机器人辅助训练可通过促使双侧肢协同运动来有效地促进大脑神经元重塑,从而实现运动功能恢复.为此,将镜像康复理论、虚拟现实技术和机器人技术有效结合,提出一种体感交互式上肢镜像康复训练机器人系统.使用动作捕捉设备采集患者健肢的位姿信息,通过设计人机镜像运动映...     

基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统

描述了一种基于立体视觉的移动机器人自主导航定位系统。该系统采用双目立体视觉完成环境特征的3D信息提取,实时计算出机器人相对作业目标的位姿（6D）关系,导引移动机器人控制系统按目标异向进行运动。系统在相对位姿计算中采用旋动（Screw）理论,将带约束的多变量函数的非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题,简化了计算复杂性。实验表明,这个导航定位系统在定位精度和数据处理速度上均可满足机器人导航的要求。     

一种基于线扫描相机的手眼标定技术

提出一种以固定点变位姿的方法标定线激光扫描相机与机器人的手眼关系,该方法分为两步标定出手眼矩阵,采用直径已知的标准球作为固定点靶标,首先控制机器人以平移的方式运动至少3次,然后机器人任意位姿运动至少4次;每次运动后用机器人末端执行器上安装的线激光扫描器扫描靶球,获取靶球表面轮廓上一列点云,对点云进行空间圆拟合,进而求出靶球的球心空间坐标;最后根据约束关系可列出方程,用最小二乘法或者奇异值分解求解手眼关系。实验结果表明:该方法快捷有效计算量较小,标定精度在0. 2mm左右,可以用于线激光扫描相机与机器人现场手眼标定。     

含2个S副间隙6-SPS机构奇异性分析

6-SPS机构位姿矩阵采用四元数法描述,并将该矩阵和矢量坐标扩展为4维形式,推导出无间隙机构的运动方程,得到了机构运动的新型雅克比矩阵J_A和J_B;在此基础上,利用连续接触模型得到了两个含间隙S副共连杆和异杆时机构的运动系数矩阵。分别把各个运动系数的行列式展开,得到含间隙机构第一类奇异和第二类奇异的轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第一类位姿奇异轨迹和第二类位姿奇异三维轨迹曲面;通过将两类含间隙机构奇异轨迹曲面的比较,发现机构间隙对第二类奇异的影响大于对第一类奇异的影响;在两类奇异轨迹中,当S副异杆时,机构间隙的影响均大于S副共连杆时的影响。以无间隙机构奇异轨迹曲面上奇异点作为参考点,通过含间隙机构奇异轨迹曲面上与参考点相对应奇异点的相互比较,发现存在一个关于参考点的奇异域。     

基于视觉和工业机器人的动态抓取技术

目的 针对传送带输送产品过程中,机器人动态抓取产品的位姿数据计算问题,提出一整套基于智能相机和编码器检测的位姿数据计算方法。方法 首先搭建一套相机检测和机器人动态抓取系统模型,介绍抓取系统的构成及其工作过程;其次,为抓取系统创建各个坐标系,详细介绍各个坐标系间的变换关系、矩阵模型及需要标定的量;再次,设计标定量的测算过程和计算公式;最后,搭建以三菱工业机器人、欧姆龙智能相机及编码器等核心部件为主的实验样机,对上述位姿数据计算方法进行测试和验证。结果 实验结果表明,产品位姿数据的计算值与实测值之间的误差低于0.4 mm。结论 基于视觉和编码器检测的机器人动态抓取精度符合工程应用要求。     

基于对偶四元数的单目视觉目标位姿测量

目的在机器人视觉应用领域中,为控制机器人能够完成焊接、搬运、跟踪等任务,需要确定摄像机与目标之间的相对位姿关系,提出一种目标位姿测量方法。方法利用单摄像机获取目标特征,坐标变换参数表示为对偶四元数的形式,同时计算旋转矩阵和平移向量,构建位置向量和方向向量的测量值与模型值之间的误差方程,利用Hopfield神经网络实现拉格朗日乘子法,求解目标位姿最优解。结果利用Matlab软件平台,选择SVD,DQ以及文中算法进行比较,仿真实验结果表明,基于Hopfield神经网络和对偶四元数的位姿测量算法计算出的位姿参数误差最小。随着测量点数量的增大,文中提出的算法精度更高。结论对偶四元数同时求解位姿变换矩阵的旋转分量和平移分量,可消除计算误差,基于Hopfield神经网络和拉格朗日乘子法,可快速准确地计算,并收敛至目标位姿最优解。     

六杆并联机器人模态实验与动力学特性分析

对典型位姿下的六杆并联机器人机械结构进行模态实验，并以实验模态结果为基础进行机器人机械结构的动力学分析。在模态实验中，依次记录多点脉冲激励下的单点加速度响应，利用多自由度实模态辨识与拟合技术，计算得到机器人在某典型位姿下的前8阶固有频率、阻尼比，以及模态质量、模态刚度、模态阻尼和相应的振型矩阵。本文所得结果可作为机器人动态优化设计与控制器设计的参考。     

激光制导测量机器人定位算法研究

对激光制导测量机器人的定位理论进行了研究,分析了光电编码器测距原理,提出了基于此原理的激光制导测量机器人定位方法;研究了机器人的直线运动和圆弧运动定位算法;给定机器人的初始位姿,推导出了下一时刻的位姿,并实时反馈给控制系统,控制机器人准确定位;研制了激光制导测量机器人试验样机,能够实现在被测工件CAD模型的控制下,自动完成对工件的高精度测量.实验结果显示本定位算法理论是正确有效的.     

履带式类蛇形机器人在复杂环境中的设计及应用

为了解决灾难现场环境的复杂性导致的普通搜救机器人功能单一、无法高效完成搜救任务的问题,本文根据履带传动原理的多适应性以及蛇形结构的灵活性,设计了一款拥有前端伸缩注射装置的履带式蛇形结构机器人,该机器人由两段履带式行走机构组成,可以适应多种地形,例如狭窄空间、楼梯环境等。机器人头部安装了注射装置,该装置具有耦合锥齿轮调整位姿的功能。当启动时,注射装置能够灵活调整位姿,从而解决精度和稳定性问题。     

码垛机器人的工作空间分析

目的分析在机器人设计和托盘码垛布局规划过程中码垛机器人的工作空间。方法用D-H法则建立运动学方程,根据运动学方程对四轴型的码垛机器人进行分析,最后利用矩阵变换法建立码垛机器人位姿变化关系,求解运动学的正逆解,并用Matlab软件的图形用户界面(GUI)对求解结果进行仿真。结果得到了机器人的可达工作空间图,工作空间在x-y平面投影图和工作空间在x-z上的平面投影图。结论通过分析Matlab软件的仿真结果,可以直观地得到该码垛机器人的工作空间。