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.     

一种新的机器人动力学算法

本文在文献的基础上,对自行推导的基于凯恩方程的机器人动力学递推算法作了进一步改进和完善。改进后的算法很易于计算机实现,而且不仅适用于全旋转关节机器人,也适用于既含旋转关节又含移动关节的机器人,还可以不经拆链就能较方便地解决含有闭链结构的机器人动力学问题。本文将该算法与传统的几种动力学算法在计算效率方面进行了比较。     

焊接机器人焊接相贯线曲线仿真

在分析了研究中的含简单闭链5R焊接机器人的结构特点的基础上，针对作两圆柱相贯线运动的作业要求，提出了一种有效轨迹规划方法；用几何法完成了空间位姿的描述；利用变角速度实现稳定的运动效果；在比较多种插值函数的基础上，对关节变量作了多项式插值；用几何矢量法完成逆运动学求解，并用凯恩方法对机器人的动力学进行了计算，设计了仿真程序，对仿真结果进行分析并改进机构；为机器人的设计、运动控制、离线编程提供了依据．     

四足磁吸附爬壁机器人稳定性与动力学分析

动力学分析是机器人评估运动性能以及实施运动控制的关键,由于四足爬壁机器人的多运动链结构和闭链约束,运动学分析较为困难.为此,本文提出以虚功原理求解四足磁吸附爬壁机器人的稳定性与动力学.求解动力学方程,利用优化理论设计驱动力二次规划方法,通过最小功率原则计算关节驱动力,并验证其合理性.设计仿真实验,通过PID控制,采用M...     

含有闭链结构的机器人动力学建模与计算

运用凯恩（Ｋａｎｅ）动力学方程并结合牛顿─欧拉算法，导出了一种新的机器人动力学递推算法。此法简练、直观，可以方便地求解带有局部闭链结构的机器人动力学问题，而且特别适宜于计算机辅助设计计算。最后以具有局部闭链结构的两自由度操作手为例，说明了计算步骤和方法。     

机器人动态模拟的研究

本文给出了机器人运动学通用计算公式及动力学计算方法。应用该方法可对不同类型的机器人动态特性参数进行计算分析,从而为机器人的设计提供了理论依据。     

仿袋鼠单腿跳跃机器人动力学建模与仿

根据自然界中袋鼠的骨骼结构设计了仿袋鼠单腿跳跃机器人的机构模型．其机构设计充分利用产生被动动力学的机械结构来减少运动中的能耗．仿袋鼠单腿跳跃机器人由关节腿、身体和尾巴三部分组成,其中关节腿由两连杆、旋转副及扭簧连接而成．采用拉格朗日方法建立支撑相和飞行相的动力学模型,并用MATLAB7．0对动力学模型进行了数值仿真,仿真结果验证了动力学模型的正确性,为后续的机器人结构优化设计和运动控制奠定了理论基础．     

仿袋鼠单腿跳跃机器人动力学建模与仿真

根据自然界中袋鼠的骨骼结构设计了仿袋鼠单腿跳跃机器人的机构模型．其机构设计充分利用产生被动动力学的机械结构来减少运动中的能耗．仿袋鼠单腿跳跃机器人由关节腿、身体和尾巴三部分组成,其中关节腿由两连杆、旋转副及扭簧连接而成．采用拉格朗日方法建立支撑相和飞行相的动力学模型,并用MATLAB7．0对动力学模型进行了数值仿真,仿真结果验证了动力学模型的正确性,为后续的机器人结构优化设计和运动控制奠定了理论基础．     

太阳能电池自动布贴机器人动力学分析与仿真

对空间太阳能电池片自动布贴机器人的大尺寸机构系统进行了深入研究,考虑关节运动为全约束运动,利用Eu ler变换法和Lagrange方程对机器人的两个主要运动系统导向定位系统和布贴系统进行了运动学和动力学建模分析,导出了描述两运动系统的雅可比矩阵以及显示形式的动力学方程,通过仿真证明了数学模型的正确性,为进一步研究该机器人的运动控制和轨迹规划问题打下了基础.     

一类新型空间并联机器人的构型设计与位置分析

突破了传统并联机器人结构创新设计的思维定势,提出了空间并联机器人构型创新设计的新思路,该设计思路主要包括三个步骤:根据具体设计需求选择合适的平面并联机构,并将其替代传统空间并联机器人的动平台;对选择出来的平面并联机器人进行必要的改进,使其满足并联机器人的一般性设计原则,然后选择适当的支路(或运动链)来连接动、静平台;对设计出来的结果进行分析、判断和优选,得到满足设计要求的新型并联机器人机构.并利用该方法提出了一类新型空间并联机器人机构,该机构具有运动学分析简单、控制方便等优点.     

Extremum response surface method of reliability analysis on two-link flexible robot manipulator

In order to present a new method for analyzing the reliability of a two-link flexible robot manipulator, Lagrange dynamics differential equations of the two-link flexible robot manipulator were established by using the integrated modal method and the multi-body system dynamics method. By using the Monte Carlo method, the random sample values of the dynamic parameters were obtained and Lagrange dynamics differential equations were solved for each random sample value which revealed their displacement, speed and acceleration. On this basis, dynamic stresses and deformations were obtained. By taking the maximum values of the stresses and the deformations as output responses and the random sample values of dynamic parameters as input quantities, extremum response surface functions were established. A number of random samples were then obtained by using the Monte Carlo method and then the reliability was analyzed by using the extremum response surface method. The results show that the extremum response surface method is an efficient and fast reliability analysis method with high-accuracy for the two-link flexible robot manipulator.     

三分支空间机器人的迭代运动学逆解

基于旋量理论指数积公式及空间雅可比矩阵,对三分支空间机器人逆运动学求解问题进行了研究,提出了一种通用的三分支机器人逆解迭代算法,并建立了统一的逆运动学求解模型。对于具有球腕结构的三分支机器人,给出了位姿解耦形式的简化算法。该算法较速度级控制法计算精度更高,且不依赖于机器人的构型,适合于构型不确定的模块化机器人。通过搬运物体的仿真试验,验证了算法的有效性。     

基于改进傅里叶级数的机器人动力学参数辨识

针对机器人动力学参数辨识的问题,提出一种基于改进傅里叶级数的辨识方法.采用静态连续摩擦模型描述机器人关节摩擦特性,以确保基于该模型的摩擦补偿是物理可实现的.推导得到机器人动力学模型的线性形式.设计严格满足速度、加速度边界条件的改进傅里叶级数作为激励轨迹,并根据条件数准则优化激励轨迹系数.考虑测量噪声的影响,采用最大似然法作为参数估计的方法.实验结果表明,采用所提方法的辨识结果能够准确重构机器人关节力矩值.且相比于传统的基于傅里叶级数的辨识方法,该方法提高参数辨识的精度.     

基于输出反馈线性化的机械手随动控制

为机械手线性化和随动控制设计了一种滑动模态扰动观测器.在观测系统状态的同时,估计由系统的非线性和模型的不确定性和外来的干扰所造成的广义扰动.它使非线性、强耦合的机械手系统可以仅靠关节角反馈实现线性化和解耦,且控制器的设计不依赖于机械手的精确模型.二连杆机械手仿真研究表明,在机械手荷载大范围变化的场合下,该控制器的随动控制性能优于采用全状态反馈线性化的控制器.     

Multiple mobile-obstacle avoidance algorithm for redundant manipulator

In order to overcome the shortcomings of the previous obstacle avoidance algorithms, an obstacle avoidance algorithm applicable to multiple mobile obstacles was proposed. The minimum prediction distance between obstacles and a manipulator was obtained according to the states of obstacles and transformed to escape velocity of the corresponding link of the manipulator. The escape velocity was introduced to the gradient projection method to obtain the joint velocity of the manipulator so as to complete the obstacle avoidance trajectory planning. A 7-DOF manipulator was used in the simulation, and the results verified the effectiveness of the algorithm.     

欠驱动异构式下肢康复机器人动力学分析及参数优化

针对现有外骨骼机器人人机自由度不匹配和关节对中性差的问题,提出欠驱动下肢康复机器人. 欠驱动机器人只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过推杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,带动人体进行步态康复训练. 建立机器人系统的人机耦合模型,进行模型的动力学分析,对人机耦合模型中影响动力学结果的参数进行分析,建立驱动力与肢体推动力之间的关系模型,并以推力系数最大为目标进行参数分析与优化,得到最佳的结构参数. 根据优化后的结构参数搭建康复机器人实验系统,对髋、膝关节驱动力与角度进行对比. 实验结果表明最大髋关节角度误差为2.9°,最大膝关节角度误差为6.4°,最大误差均约为9%,验证了动力学模型和参数优化结果的正确性.     

外骨骼康复机器人的正向运动学仿真分析

针对外骨骼康复机器人,本文根据人手的功能和运动约束,对机器人进行模块化设计,并建立了机器人位置正向运动学方程及外骨骼康复机器人抓取杯子的仿真模型,运用ADAMS/Hydraulics模块进行运动学仿真,仿真结果表明,虚拟手指运动机构实现了角加速、匀速、减速的运动状态,并得出了康复机械手关节角速度在0～170rad/s范围内人手可以完成关节弯曲运动的康复运动。虚拟指模型的运动学分析为外骨骼康复机械设备的研究提供了必要的理论依据和参数。     

漂浮基空间机械臂的自适应控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机器人系统的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程。以此为基础,设计了系统参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法,该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度。     

五自由度机械手动力学分析与仿真

针对五自由度机械手,基于Lagrange方程建立了五自由度机械手的动力学模型,通过UG建立实体仿真模型,利用UG与ADAMS良好的接口直接导入ADAMS建立了虚拟样机,并且进行了动力学仿真,得出了各关节转角和关节力矩的关系曲线,分析了末端机械手速度对各关节力矩、角速度和角加速度的影响,这对提高机械手的设计性能、减少研发时间提供了帮助,并为机械手的控制分析打下了基础.     

模块化协作机器人运动特性分析及动力学仿真研究

针对UR10模块化协作机器人的构型特点,采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系,采用逆变换法对机器人进行逆运动学求解,求得各个关节转角。运用拉格朗日法对UR机器人进行动力学分析,利用ADAMS多体动力学仿真软件对其进行动力学仿真。结果证明,该模块化协作机器人具有良好的静态平衡性能、运动稳定性和动态响应特性。