六自由度串联机械臂运动学及其工作空间研究

根据实际生产需要设计和建立了一种用于焊接车间上下料的六自由度串联机械臂及专用末端执行器模型,针对机械臂的正运动学以及其末端执行器的可达空间进行了研究。基于D-H法对机械臂运动学数学模型进行建立并求得其正运动学方程。提出在Matlab环境下利用Robotics toolbox10.2通过代入各个关节随机参数的方法与机械臂正向运动学分析结果进行对比验证。基于机械臂末端执行器的可达空间与各个关节之间的对应关系,在Matlab中通过采用蒙特卡洛法对机械臂末端执行器的工作区域进行了分析,用描点的方式对机械臂末端执行器工作区域的点云图进行了描绘,通过对点云图的研究得出所设计机械臂结构较为合理的结论。     

一种三自由度机械臂的设计与分析

设计了一种通用型三自由度机械臂,该机械臂的3个转动自由度相互垂直。详细设计了各关节的传动方案,并建立了系统的三维模型。根据机械臂的结构特点,建立了机械臂的D-H坐标系,对其进行正运动学分析。最后利用蒙特卡洛法对该机械臂的工作空间进行分析,得到机械臂末段执行器的工作空间,仿真结果与机械臂的设计参数相符,为该机械臂的优化设计及逆运动学分析奠定了基础。     

基于六杆机构的机械手运动分析与优化

设计了一种基于六杆组合机构的机械臂,用于数控机床的自动化上下料过程。利用解析法对机械臂所设计的六杆组合机构进行速度及加速度分析,使用MATLAB软件得出杆件的速度与加速度曲线,并在此基础上对六杆组合机构进行优化。结果表明:该机构运行稳定,结构简单,能满足上下料的基本要求。     

五自由度小型示教机械臂设计

设计了一种五自由度的机械臂,为了解决运动学分析结果不易验证以及在实际本体上实验成本较高的问题,制作了一套简易五自由度小型示教机械臂模型。通过D-H法对机械臂运动学进行分析,然后在MATLAB上执行运动学仿真,运用蒙特卡罗法对示教机械臂的工作空间进行求解,仿真结果验证了预期设计目标。此外,对机械臂轨迹规划、运动仿真进行实验验证,实际结果与运动学分析的结果保持一致。     

高速冲压生产线上下料冗余机械臂的运动学分析

在应用于高速冲压生产线冗余机械臂姿态规划和轨迹优化过程中,以兼顾上下料效率与轨迹的平稳性为目的,对冗余机器臂的加加速度进行约束,基于旋量理论建立运动学模型,得到正运动学方程,采用遗传算法对冗余机械臂进行逆运动学分析,结合五次B样条插值方法,对末端执行器运动轨迹的加加速度进行优化。结果表明,该方案可有效提高上下料效率,保证冗余机械臂上下料过程运行平稳。     

隧道维修钢板安装机械臂设计与分析

针对隧道维修钢板安装的现状,设计一款七自由度的隧道维修钢板安装机械臂。利用SolidWorks软件对机械臂进行三维实体建模,为确保机械臂设计的合理性,运用SolidWorks与ANSYS Workbench相结合的方法对运动范围内极限工况下的机械臂进行静态和模态分析,得到应力应变云图和固有频率及其振型图。结果表明:机械臂结构强度满足设计要求,在工作中可以有效避免共振的发生。研究结果为机械臂进一步优化设计提供了参考。     

考虑柔性关节的刚柔耦合机械臂的优化设计

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据"线性扭簧模型"和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。     

一种多关节轻量化离散驱动机械臂的设计与研究

基于单马达驱动技术设计了一种5自由度的多关节轻量化离散驱动机械臂,机械臂各个关节采用离合器进行控制,多个关节共用一个驱动电机。针对机械臂特殊的传动链结构所造成的关节运动耦合特性,进行分析并提出了补偿措施。为研究机械臂的振动特性,利用ANSYS仿真软件对机械臂进行了模态分析,仿真结果表明机械臂激励频率远离其固有频率。通过对机械臂进行运动学正反解,并利用MATLAB进行仿真分析得到该机械臂能够通过关节联动的方式实现复杂运动轨迹。     

3种材料在柔性机械臂振动抑制中的特性对比

在所设计的柔性机械臂的基础上,利用SolidWorks Simulation对合金钢、铝合金、碳纤维增强环氧树脂基复合材料3种结构材料的机械臂进行线性动态分析,分别从谐波分析和瞬态振动分析两个方面对机械臂进行仿真。结果表明,碳纤维增强环氧树脂基复合材料对机械臂具有明显的减振作用,其振动衰减速度及振动衰减效果要优于传统合金材料,为机械臂的设计及振动抑制提供了参考。     

自动充电机械臂运动学分析与样机试验

为了解决电动汽车自动充电过程中机械臂运动的稳定性以及定位精度的问题,利用ADAMS仿真软件对所设计的机械臂进行运动学仿真;根据D-H方法建立了机械臂运动学模型,通过蒙特卡洛方法分析了该机械臂的工作空间,利用MATLAB对机械臂工作空间进行求解,得到自动充电机械臂末端工作空间点云图。根据所设计的机械臂进行样机研制,并进行机械臂样机试验。结果表明,自动充电机械臂结构可行,运动合理,能够满足自动充电工作时的功能需求。该文的研究为机械臂的优化设计与运动控制提供了参考。     

基于线性变参数控制的机械臂追踪误差仿真研究

针对目前机械臂在使用控制器时,存在轨迹追踪误差较大问题,设计了机械臂线性变参数控制方法,并且对追踪误差进行仿真验证。构造了两关节机械臂运动简图,建立机械臂刚体动力学数学模型,引入动力学参数的线性组合,推导出线性变参数模型。设计出机械臂的线性变参数控制器,采用Matlab/Simulation软件对控制器的轨迹追踪误差进行仿真。同时,与其它控制器的机械臂轨迹追踪误差仿真结果进行比较和分析。仿真结果显示,采用线性变参数控制器实际输出运动轨迹与理论期望运动轨迹更接近,运动比较平稳。采用线性变参数控制可以提高机械臂运动轨迹的追踪精度。     

液压堆料机械的耦合创新设计方法研究

针对可调节液压堆料机械的机构创新设计,建立了液压堆料机械的直线推料条件,并建立了其动态分析的有限元模型,提出了基于TRIZ理论和可靠性分析的耦合设计方法,通过对某液压堆料机械机构的有限元分析和可靠性分析,表明其推料过程基本是近似直线推料,并基于此给出了可调节液压堆料机械的机构创新设计方案。为液压堆料机械机构创新设计提供了方法和依据。     

串联机械臂的设计与仿真

提出了一种新的服务机械臂构型设计方法,该方法研究了人的手臂运动形式,并进行了仿形。建立了数学模型,运用牛顿-欧拉方法进行了动力学分析,从而选择了电机和减速器;利用UG三维造型技术对机械臂进行具体设计,包括利用UG设计机械臂机构、优化机械臂结构等;利用ADAMS和ANSYS进行了仿真分析。结果表明:所设计的机械臂保证了轻量化的同时能够满足强度和刚度的要求。     

基于ANSYS的拆楼机结构设计及优化

建立拆楼机械臂的模型,确定机械臂的危险工况,并针对此工况进行静力学分析。根据分析结果,以轻量化为目标对机械臂进行拓扑优化;基于拓扑优化结果,结合实际制造工艺,对机械臂结构进行优化。优化结果表明:机械臂的质量减少了31.9%;与此同时,机械臂的强度刚度均满足要求,为拆楼机的研发提供了参考。     

基于全微分模型的打磨机械臂静态误差分析

针对打磨机械臂系统的精度设计问题的解决,基于DH模型建立了机械臂的运动学参数模型,并基于全微分法建立了运动学参数误差与末端误差的数学关系。对机械臂可能出现的误差源进行分析,归纳误差源的类型,代入误差模型分别进行仿真,并对结构误差与传动误差对机械臂末端位置的影响进行比较。结果表明:传动误差对X、Y向的位置影响较大,而结构误差对Z轴的影响较大,这些信息可用于对实际机械臂参数误差的回归分析,为在机械臂设计及制造阶段、机械臂的制造及装配误差预计及优化提供数据参考。     

管廊消防巡检机器人设计与分析

针对综合管廊的安全运维与管理的需求,设计一种集巡检和消防灭火功能于一体的管廊消防巡检机器人。该机器人由机器人本体、灭火器、机械臂和智能检测系统构成。介绍了机器人的总体结构及功能,建立了机械臂的D-H坐标系,对机械臂进行正、逆运动学分析。运用蒙特卡洛法及MATLAB软件对机器人机械臂的工作空间进行仿真与分析,得到不同情况下的机械臂末端的工作空间,仿真结果验证了机械臂可灵活满足机器人的工作要求,为后续管廊消防巡检机器人的控制工作和优化设计奠定了基础。     

混凝土液压拆除机械臂运动学分析与研究

混凝土液压拆除机械臂运动学分析是混凝土液压拆除机器人运动及控制器设计的重要组成部分。将混凝土液压拆除机械臂作为研究对象,通过D-H法则建立机械臂连接杆坐标系,并完成机械臂的运动学分析。运用ADAMS对模型进行运动学仿真分析,获得了机械臂的运动包络图,测量了机械臂喷枪末端的位移、速度及加速度曲线,验证了理论分析的正确性。结合理论分析与仿真,分析实际使用中机械臂喷枪末端的姿态和运动情况,为末端机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

巨型机械臂结构动态应力测试与强度分析

某巨型机械臂设计过程中使用了基于Pro/E、ADAMS和ANSYS平台的虚拟样机技术,进行了动力学仿真和静力学计算。为确保设备运转安全可靠,对巨型机械臂进行了动态应力测试,分析其运动过程中主体结构的应力分布,测试数据与ADAMS/ANSYS平台的联合仿真计算结果一致,确定了巨型机械臂的强度安全,证明了基于Pro/E、ADAMS和ANSYS平台的联合仿真计算技术路线对特种大型复杂机械设备研发具有很强的推广性。     

液压支架油缸内壁缺陷修复机械臂的运动学分析与仿真

针对矿用液压支架油缸内壁局部缺陷修复,设计一种能深入液压支架油缸筒内进行内壁修复的焊接机械臂。基于改进D-H参数建模方法,对设计的内表面修复焊接机械臂进行运动学建模,并求解了内表面修复焊接机械臂的正、逆运动学。借助MATLAB软件,采用蒙特卡洛法,对该焊接机械臂的有效工作空间进行了仿真分析,利用Robotics Toolbox工具箱对油缸内壁缺陷修复机械臂进行关节轨迹规划,通过仿真得到各关节的角位移、角速度、角加速度曲线。仿真结果表明：该机械臂运行平稳,轨迹连续,满足运动学要求。     

七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析

针对传统协作机械臂关节惯量大、所需驱动功率大的问题,设计了基于套索传动的七自由度机械臂。该机械臂具有诸多优势,其最大的优点就是驱动电机后置使得关节惯量小、结构紧凑。根据D-H法建立正运动学方程,在分析了机械臂结构特性的基础上,定义了机械臂运动的臂平面、参考平面以及臂型角ψ,通过给定末端位姿~0T_7和臂型角ψ求解运动学逆解。在MATLAB环境中对机械臂正、逆运动学方程进行可视化验证,验证了正、逆运动学方程的正确性。最后利用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,求得机械臂工作空间云图。