巡逻机器人机械臂运动学与工作空间分析

针对巡逻机器人机械臂控制问题,首先建立了该六自由度机械臂的D-H坐标系,求解机械臂正逆运动学,并基于蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行分析,通过MATLAB实现,得到机械臂工作空间的三维点云图,分析得出机械臂的可达工作范围,为今后对巡逻机器人的运动控制与路径规划等研究方向奠定了基础。     

一种新型串联机械臂工作空间与运动规划分析

针对串联机械臂的工程应用问题,文中提出一种新型7自由度机械臂,该机械臂采用“S-R-S”构型,且其3,4,5轴为3个平行轴。基于此机械臂,采用蒙特卡洛法对其工作空间进行分析,并采用投影平面边界拟合到空间边界拟合的方法,对工作空间进行分层讨论,指出该机械臂在不同层级具有不同的灵巧性表现。同时,采用臂型角参数化的方法,求取了该机械臂解析形式的运动学反解。采用相关旋量抑制的方法,分析求解了该机械臂的奇异位姿,在此基础上,通过将各关节角约束转变为臂型角参数的取值范围约束,以解决运动规划中的避奇异问题,进一步基于一定的优化指标选取合适的逆运动学解。研究成果对串联机械臂的规划与控制问题具有一定参考价值。     

多机械臂协作空间分析与仿真

针对多机械臂协作系统模型的协作空间及奇异点问题,采用蒙特卡罗法和包络法进行分析.采用标准D-H参数法建立坐标系,在Matlab中建立机器人运动学模型,求出机器人的正运动学方程;采用蒙特卡罗法得到各机械臂的工作空间,采用包络法提取公共区域点,得到多机器人协作系统的协作空间及各个机械臂在协作空间内的关节角范围;提出了一种计...     

基于长短期记忆网络的机械臂逆运动学解

为了解决传统的解析法用于机械臂逆运动学求解过程中存在操作烦琐和奇异点处无法逆运算等问题，提出了基于长短期记忆网络的机械臂逆运动学求解算法。通过对机械臂的正运动学和工作空间的分析，获取大量有效的机械臂关节空间数据和相对应的末端姿态数据，并作为训练样本。经过训练后，获得逆运动学解的高精度结果。对比传统解析法求解，基于长短期记忆网络方法的求解速度较快。此外，机器人仿真结果显示，相关轨迹无明显的抖动偏移。     

一种车载轮椅自动收放机械臂设计与运动分析

提出了一种用于车载轮椅自动收放的5自由度机械臂。首先,根据D-H方法建立机械臂数学模型,并进行正向及逆向运动学分析,在进行逆向运动学分析时,分别用解析法和反向传播（Back Propagation,BP）神经网络进行了求解;其次,采用五次多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划,实现机械臂的平滑无冲击运动;随后,基于蒙特卡罗法分析机械臂工作空间,得到机械臂末端的工作空间点云图;最后,针对具体车载应用场景,开展了虚拟仿真实验。仿真实验结果表明,机械臂构型设计合理,运动灵活,满足应用需求。为样机开发及应用提供了理论依据。     

一种超冗余机械臂的工作空间求解方法

介绍一种24自由度的蛇形机械臂的结构及运动学特点,分析传统蒙特卡洛法在应对此类超冗余机械臂时存在的不足。引入基于k-NN（k近邻）的点云边界提取方法,改善蒙特卡洛法计算中存在的点分布不均、点云生成速度慢和点云边界提取困难等问题。最后将改进的方法应用于蛇形机械臂的工作空间求解并证实其计算效率及实用价值。     

关节臂式坐标测量机的运动学与工作空间分析

关节臂式坐标测量机的运动学理论模型和工作空间是其机械结构优化和精度分析的基础。首先利用D-H法建立关节臂式坐标测量机运动学理论模型,并在SolidWorks二次开发的基础上进行了运动学三维仿真以验证所建理论模型是否正确。然后,采用蒙特卡洛法对其工作空间分析仿真,得到了关节臂式坐标测量机的工作空间点云图。最后,利用层切法和边界扩展更精确地计算出该工作空间的体积,为结构优化提供支持。仿真结果表明关节臂式坐标测量机测量空间分布均匀,无空腔,满足实际测量要求。     

基于蒙特卡洛法六自由度机械臂工作空间研究

以六自由度机械臂作为研究对象,分析了机械臂机械结构特点,利用D-H法则完成了机械臂的运动学建模。采用蒙特卡洛法求解得出机械臂的工作空间,利用MATLAB绘制了该机械臂工作空间的三维点云图,并进行了位置分析。     

六自由度机械臂运动学及奇异性仿真分析

针对六自由度串联机械臂的运动问题,对机械臂运动学数学模型、末端位置误差、机械臂奇异形位等方面进行了研究。针对机械臂的运动学模型问题,基于D-H法建立了机械臂的正逆运动学模型,并利用Matlab建立了运动学模型的仿真验证程序;利用该模型,通过给定关节转角误差,对机械臂末端位置误差的敏感方向进行了仿真分析;通过推导其末端雅可比矩阵,分析了机械臂在工作空间内的奇异形位。研究结果表明:机械臂运动学模型结果与实际结果误差很小,验证了运动学模型是正确的,并且机械臂存在两个极限位置奇异。     

一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析

针对太空环境,提出一种带有移动副的8自由度机械臂,可完成太空环境中的设备维修、物品抓取等工作。通过标准D-H参数法,推导了8自由度机械臂的位姿变换矩阵和正运动学方程;利用MatlabRobotics工具箱,建立机械臂的仿真模型,将仿真模型与机械臂运动学方程进行对比验证;采用蒙特卡罗法对机械臂工作空间进行求解,绘制了机械臂末端执行器的工作空间点云图;通过Matlab对机械臂进行轨迹规划仿真研究,绘制运动过程中各关节的位移、速度、加速度变化曲线,验证了机械臂结构设计的合理性,为后续的研究工作提供参考依据。     

轻型协作机械臂运动学及工作空间分析

针对OUR-2机械臂的构形特点,对其进行运动学及空间分析。采用D-H方法建立了OUR-2机械臂的连杆坐标系,得到了以6个关节角度为变量的正运动学方程,并用MATLAB robotics toolbox对机械臂的正运动学进行了仿真。基于蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,并利用MATLAB编程得到机械臂末端的工作空间点云图。     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率。机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题。通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作空间的截面。针对机械臂有效工作空间的截面积建立数学解析模型,最后运用遗传算法求得满足约束条件下的机械臂有效工作空间最优解和能够实现高效作业的最优结构参数。仿真结果表明,该模型能够有效求解角度与运动约束下的串联式机械臂结构优化问题。     

锚杆台车工作臂设计及作业空间分析与验证

为解决隧道锚杆施作效率低、风险高等问题，设计了一种新型的锚杆台车工作臂，以满足隧道锚杆机械化快速施作的需求。采用钻臂加三工位的组合结构设计，可在隧道内一次定位后实现钻孔、注浆和锚护一体化作业。为求解和验证工作臂的作业空间，基于改进D-H法建立工作臂数学模型，并利用Matlab机器人工具箱Robotic Toolbox，结合蒙特卡洛法求出工作臂的作业空间点云图和其作业空间参数，并对作业空间边界优化和空间包络，以直观的三维空间曲面图显示出其作业空间。最后，建立隧道断面函数和其三维曲面模型与锚杆台车工作臂作业空间点云包络图，在Matlab中进行联合仿真。仿真结果表明锚杆台车工作臂结构设计和作业空间参数满足隧道断面锚杆施作要求，为同类型的设计和作业空间的求解验证提供了一种可行性方案。     

救援机器人双臂结构设计与运动学分析

基于救灾的复杂环境及实际工作要求,设计了一种新型救援机器人所搭载的双机械臂。利用D-H方法建立双臂的运动学模型,得出双臂末端点的位姿,并求出机械臂的逆解。把三维模型导入ADAMS中得到双机械臂的虚拟样机,对机械臂的虚拟样机工作区域进行求解分析,并通过机械臂模拟实际工作,得出其运动曲线,验证了所建运动学模型的正确性及设计结构的合理性。借助于MATLAB软件采用蒙特卡洛法生成双机械臂工作空间云图及协作空间,为确定机器人的构型、机械臂的长度优化提供了依据,仿真结果表明了机械手臂具备灵活作业的条件,同时为后期的双臂的轨迹规划及控制打下坚实的基础。     

机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进和体积求取

针对传统的蒙特卡洛法求解机器人工作空间时精确度不够的问题,提出了一种改进的蒙特卡洛法。用传统的蒙特卡洛法生成一个种子工作空间,基于标准差动态可调的正态分布对种子工作空间进行扩展。在扩展过程中设定一个精度阈值,确保得到的工作空间中每个位置都能被准确的描述。基于得到的工作空间,提出了一种体元化算法求取工作空间的体积,寻找到工作空间的边界部分和非边界部分,通过对边界部分的不断细化,降低了体积求取误差。为了验证算法的有效性和实用性,以九自由度的超冗余串联机械臂为例,对本文改进的蒙特卡洛法和提出的体积求取算法进行仿真分析。结果表明:采样点数量相同时,改进的蒙特卡洛法生成的工作空间边界光滑,"噪声小";得到精确的工作空间时改进方法需要的采样点数仅是传统方法的4.67%;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;求得的工作空间体积可用于评估机械臂性能,为后续机械臂构型优化奠定了理论基础。     

双臂协作机器人动态精度设计及工作空间分析

针对双臂协作机器人在票据自动报销处理过程中,票据高速移动、翻转、高精度动态对位及机械臂完备工作空间设计等问题进行详细分析。通过D-H约定建立机械臂空间坐标系,求解相应正逆运动学方程,并根据正运动学方程求出机械臂末端工作空间云图,运用蒙特卡洛法遍历双臂相对距离取值范围,求取工作空间最大交会情况下双臂相对距离。对末端执行器不同对接位置进行仿真研究,分析末端执行器平均加速度波动情况,获得动态精度最优情况下的位置参数,为双臂机器人动态精度设计及精准控制奠定基础。     

基于旋量理论的冗余机械臂运动学奇异性求解和仿真分析

针对7轴协作型库卡机械臂,对其工作空间内机械臂的奇异构型进行求解和仿真分析。首先,建立机械臂的运动学模型,得到其DH参数;然后,基于螺旋理论求解机械臂的雅可比矩阵,利用螺旋互反方法求解机械臂的奇异构型;最后,基于可操作度指标和最小奇异值指标,利用机器人工具箱对机械臂末端参考点的灵巧性进行分析。结果表明,7轴协作型库卡机械臂在其工作空间内存在4种奇异条件。仿真结果进一步验证了分析的正确性,为后续的机械臂奇异性避免算法研究奠定了基础。     

采摘机器人奇异位型分析

对采摘机器人机械手臂工作空间内的奇异位型进行了分析。首先,采用D-H参数,建立了采摘机器人机械臂的坐标系图,得到其正运动方程;其次,结合机器人手臂正运动方程,构造其雅可比矩阵,再基于雅可比矩阵,求解机械手臂出现奇异状态的所有构型情况,得到所有奇异点;最后,应用Robotics工具箱,基于可操作度灵活性指标和最小奇异值灵活性指标对机械臂的奇异情况进行仿真分析。仿真结果表明,研究的机械手臂共有3种内部奇异情况,同时验证了机械手臂奇异位型求解的正确性,为后续机械手臂的轨迹规划研究和奇异点规避研究奠定了基础。     

面向板材切割的冗余度机械臂运动规划

针对板材切割过程中冗余度机械臂的工作空间难以满足其作业需求的问题,提出一种可扩大机械臂工作空间的板材切割方案.将机械臂基座放置在导轨上,以扩大机械臂的工作空间,通过设计机械臂的末端笛卡尔速度,实现机械臂与移动基座的协调运动.利用伪逆法获得关节速度的解析解,以控制机械臂来完成板材切割任务.计算机仿真结果验证了板材切割方案的有效性和可行性.     

八自由度机械臂正运动学及工作空间分析

对一种八自由度机械臂的正运动学和工作空间问题进行了研究。首先,根据机械臂的结构特点,利用D-H法建立了该机械臂的连杆坐标系,得到其运动学正解;其次,利用MATLAB Robotics Toolbox建立机械臂的仿真模型,验证了机械臂运动学正解的正确性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行了分析,得到机械臂末端执行器的工作空间范围,仿真结果与机械臂的设计参数相符。