三自由度机械臂避障空间路径规划研究

文章首先通过 MATLABRoboticToolbox和 DenavitＧHartenberg (DＧH)参数对机械臂进行了运动学建模; 然后,基于点云的 MonteCarlo (蒙特卡洛)方法建立三自由度机械臂工作空间和障碍物点云模型,应用几何学得出机械臂和障碍物之间的位置关系,确定机械臂的避障工作空间;最后,基于 Dijkstra算法在三维避障工作空间中进行路径规划得出最短路径,验证了算法的可行性。     

户外变电站支柱式绝缘子清扫机械臂运动学研究

支柱绝缘子是隔离开关和断路器等电气设备的组成部分,电力系统安全稳定运行与绝缘子安全运行息息相关。为了解决我国电力设备外绝缘维护的缺点,对变电站支柱式绝缘子清扫系统机械臂进行了研究。通过对绝缘子清扫机械臂机构进行简化后得到简版D-H参数,并由此列出运动学正解方程,并利用正解方程对工作空间进行分析。然后,使用反变换法依次求解每个关节角度,得到了运动学逆解。最后,推导机械臂的正解和逆解的运动学公式,进行了运动学正解、任务空间和运动学逆解的仿真,验证了所推解的机械臂正解、逆解是正确的。     

五自由度机械臂的运动学建模和轨迹规划研究

为改善三次多项式插值算法在机械臂运动过程中由于角速度和角加速度变化曲线的突变情况导致的关节抖动、 运动轨迹偏差现象,提出对机械臂的各关节运动轨迹采用七次多项式插值算法进行规划.以五自由度机械臂为研究对象,选择改进型 DＧH 法 (DenavitＧHartenberg)构建运动学模型.仿真结果显示,采用七次多项式插值算法,所得关节运动轨迹光滑连续、无突变,提升了机械臂的运动精确性,减少了抖动对硬件造成的损耗,具有一定的应用价值。     

基于多变量预测补偿的机械臂精度提升方法

为了减小由运动学参数不准确引起的机械臂位姿误差,传统方法是标定机械臂的连杆参数,但标定后的真实连杆参数不便于逆运动学解析解计算。提出一种基于遗传算法的对机械臂关节旋转变量直接进行修正的方法来提来机械臂定位精度。首先建立机械臂运动学模型和误差模型,得到关节修正量的求解公式。通过NDI三维动态位移测量系统检测机械臂末端执行器的实际位姿,作为样本,并构建遗传算法的适应度函数,采用遗传算法计算出各关节旋转变量补偿量。最后,将该修正值应用于设计的六自由度串联机械臂的控制,多组实验数据证明该方法的有效性及其提高机械臂的绝对定位精度的性能。     

一种面向智慧船厂的六自由度机械臂模型设计及实现

本文在分析模块化三自由度机械臂构型的基础上,首先在极坐标系下对机械臂进行结构参数建模。基于正运动学模型证实了该种方法的可行性并为逆运动学分析奠定了基础;最后系统的阐明了本文所提出的机械臂再空间极坐标系中的逆运动学算法,按照实验步骤分步的介绍实现过程。     

基于单目视觉的机械臂灯具清洗定位系统

在机场嵌入式助航灯具自动清洗过程中,为了取得灯具发光口中心和机械臂的相对位置实现机械臂精准定位,设计了基于单目视觉的机械臂灯具清洗定位系统。首先,采用D-H法建立机械臂运动学模型;然后,根据夜间灯具发光的强逆光性以及环境干扰,提出一种优化阈值准则和缩小阈值搜索范围的改进Otsu算法对图像进行分割,再利用质心法提取灯具发光口中心位置;最后,在夜间条件下,进行实验分析并对定位误差采用最小二乘法进行补偿。实验结果表明,所设计的机械臂灯具清洗定位系统速度快、精度高,与传统Otsu算法和改进的随机霍夫变换算法相比,定位精度分别提高72.5%和55.5%,且平均定位精度达到8.7 mm,满足灯具清洗要求。     

基于机器人运动学的调相机转子穿装技术研究

针对某国际工程调相机转子穿装过程中涉及设备价值高、体积和重量大、工作环境和辅助工具受限制等特点,设计了一套六自由度穿装调节系统,使调相机转子穿装得以安全、经济、高效地完成。根据机器人运动学理论,建立D-H坐标系,完成了穿装系统运动学分析。基于运动学矢量矩阵和穿装系统的作业特性,运用蒙特卡罗法对转子两端面圆周上的矢量点进行了工作空间分析。运用MATLAB 2016进行了运动仿真,绘制出了工作空间分布图,并结合仿真结果进行了风险分析。     

高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析

由于跨越式高压输电线路巡检机器人越障效率较低且存在安全隐患等问题,文中提出了一种新型的穿越越障巡检机器人的机构设计。通过综合考虑机器人越障运动特点和机器人运行的地线线路环境,该结构设计采用双臂同侧对称悬挂的轮臂复合式机械结构,主要由行走机构、机械臂、压紧机构、锁臂结构和展臂机构组成。文中详细介绍了该机器人的各机构特点,并基于D-H法建立了机器人机构的运动学模型,采用该模型对文中提出的机构设计进行了计算分析,证明了该机构设计的合理性。通过模拟线路试验和现场示范应用说明,文中提出的机构构型具有自由度少、结构简单的特点,有效降低了越障难度,提高了机器人的越障效率和安全性,实现了机器人对高压输电线路的全自主长距离巡检。     

六自由度机械臂拾取路径规划∗

针对六自由度机械臂,利用几何法建立其运动学模型,推导出各关节的驱动电机角度的逆解公式;然后在笛卡尔空间设计门字形拾取轨迹并进行规划.将空间轨迹先分解到各个坐标,得到空间各分坐标规划值,接着利用机 械臂各驱动电机角度的逆解公式得到各电机的角度规划值,最后根据舵机控制原理得到各关节对应驱动舵机的脉冲规划值,并进行了相关试验.从试验结果来看,所做规划是有效的.     

架空线路绝缘喷涂异物检测识别及机器人运动轨迹规划

异物侵入不仅影响输配电线网绝缘漆喷涂,更会影响电网安全运行。为此,需要开展输电架空线路绝缘喷涂异物检测、识别与清除的智能化方案研究。文中构建了基于分段映射直方图图像增强预处理、基于光流法图像区域特征分离提取、基于改进Camshift算法动态异物跟踪识别的异物检测、识别、跟踪方案;构建了基于关节空间的机械臂D-H运动学模型,采用五项式插值法进行机械臂空间运动轨迹规划;构建了基于双层结构模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的异物高精度控制视觉伺服控制方案,实现异物抓取的高精度控制。试验结果表明异物检测、识别、跟踪算法具有高鲁棒性,能够有效增强图像,提取复杂环境下的特征矩形区域,实现有遮挡情况下的动态异物跟踪;多关节机械臂空间运动轨迹算法具有良好连续平稳性,有效满足机械臂始终指向待抓取异物中心点;基于MPC的视觉伺服控制能够满足机械臂异物抓取的高精度控制。     

基于PSO优化LSTM神经网络的机械臂逆运动学求解研究

针对机械臂逆运动学求解时使用传统解法实时性差,使用传统神经网络求解精度不高的问题,本文提出了一种利用粒子群算法（PSO）优化长短期记忆神经网络（LSTM）的逆运动学求解模型。首先建立串联式六自由度机械臂的模型进行运动学分析,获取训练数据,然后利用粒子群算法对长短期记忆网络的隐藏层神经单元数和学习率迭代寻优,参数优化后的LSTM学习机械臂末端执行器位姿与关节变量的映射关系,最后通过训练好的PSO-LSTM模型对机械臂的关节变量值进行预测得到逆运动学解。实验结果表明,模型的逆运动学求解速度维持在10 ms以内,与传统解法相比提高了数十倍,且模型的均方误差低至0.001,在提高求解速度的同时还能够保证求解精度。     

输电杆塔攀爬机器人运动学分析与仿真

针对首位或末位架空输电线路维护作业人员在登塔或下塔进行安全防护装置挂接或拆除时无法得到安全绳防坠保护的问题,设计了一种输电杆塔攀爬机器人,主要包括仿生攀爬机构和作业机械臂。提出了一种上下对称、左右配合的多自由度上下肢四臂仿生攀爬机构,可模仿猿类爬树时的动作姿势和顺序实现在输电杆塔主材角钢上的攀爬移动;作业机械臂采用六自由度串联多关节机械臂,能够实现安全防坠装置的挂拆操作;基于D-H建模方法,对攀爬机器人攀爬机构和作业机械臂进行了运动学分析,建立了其D-H运动学模型。通过MATLAB仿真软件对攀爬机构和作业机械臂进行了运动轨迹仿真,经过实验室样机杆塔攀爬及安全防坠装置挂拆动作试验,验证了其可行性。     

某四自由度机械臂建模与MATLAB仿真研究

首先,在MATLAB仿真环境下,基于D-H参数模型建立了某四自由度机械臂的连杆模型,并计算出机械臂的齐次变换矩阵。然后,通过Robotics Toolbox仿真工具箱的运用,进行相应的轨迹规划研究与正逆运动学仿真研究,阐述了机械臂运动仿真的一般规律。从仿真结果可知,该文的研究方法对于关节型机械臂的仿真研究具有重要的现实意义。     

仿人机器人混联灵巧手臂设计及运动学逆解研究

以在轨服务仿人灵巧机械臂为研究背景,提出一种混联结构的仿人机器人灵巧手臂,并研究了具有自然姿态的运动学逆解方法。采用2-DOF球面并联机构前后串联转动低副的混联结构布置传动链,力图在载荷质量比、刚度及灵巧性上取得更好的性能。根据结构特点推导了正运动学解析解,并利用神经生理学感知运动模型联合在线PD补偿方法获得符合人类手臂自然姿态的逆运动学最优解。进行了轨迹跟踪仿真与手臂伸出定位试验,试验过程中机械臂样机近似保持着人类手臂的自然姿态,结果验证了运动学分析及所提方案的有效性与工程适用性。     

多节柔性主动导管的弯曲控制及位置跟踪测量

为了改进目前血管微创介入手术采用手动操作存在效率低下的问题,研制了手术过程中可自动控制末端位置和方向的多节柔性主动导管。为了确定主动导管的控制策略,将单节柔性主动导管作为一种连续体型机器人进行处理,并将柔性主动导管的弯曲运动分解简化为具有关节运动副的刚性机械臂的空间运动,应用D-H法完成了单节柔性主动导管的空间运动学建模。根据多节柔性主动导管的结构特点,在单节柔性主动导管空间运动学建模的基础上,进行了多节柔性主动导管的正运动学建模,确定了控制策略。使用自主研制的多节柔性主动导管样机及5自由度电磁跟踪系统进行了验证实验。     

含局部闭链的弧焊机器人操作臂运动学分析

通过弧焊机器人的操作臂可以看成是一个含局部闭链结构的开式运动链,采用Denavit-Hartenberg方法建立弧焊机器人的坐标系,建立操作臂的运动学方程,用ADAMS软件对运动学逆问题进行仿真和分析。     

高压带电作业机械臂姿态监测系统研究

针对电力系统高压带电作业机械臂作业过程中的姿态监测问题,研制了一种高压带电作业机械臂姿态监测系统,并提出了基于四元数法的姿态监测算法。首先,由加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器和Zigbee无线通信单元组成的监测单元安装在机械臂各关节任意位置,并结合四元数算法,精确测量机械臂各关节的三维空间角度,同时,通过Zigbee无线通信单元,将各关节三维空间角度上传至监控终端;然后,监控终端通过简单的三角函数和迭加计算,即可快速得到机械臂各关节的实时位姿,并进行显示;最后,以美国Kraft公司生产的Grips机械臂为例,建立了基于四元数的机械臂运动学模型并进行了仿真实验,实验结果表明所提出的系统和方法测量精度可达0.05°,同时计算时间可缩短至1 ms。实验结果证明了所提出的系统及方法的有效性和高效性。     

基于直流无刷电机的无线遥控机械手臂设计

控制目标为实现以MXS128飞思卡尔单片机为核心,PC机辅助控制的机械手臂协调运动。采用经典的D-H模型法建立运动学数学模型[1],将每个关节坐标系建立在手臂的每节连杆上,各连杆连接通过齐次变换矩阵联系。利用CAD进行图纸的设计,采用铝合金和POM材料作为制作材料。选用高精度直流无刷电机作为机械手臂的驱动,通过SI9979对电机进行控制,利用PC机作为控制信号发送端,配合无线遥控界面,通过串口无线发送数据来控制机械手的动作,实现机械臂的无线遥控。     

基于积分滑模的带机械臂无人机控制方法研究

针对在复杂环境下带机械臂无人机进行空中轨迹飞行及抓取作业过程中，存在响应缓慢、不稳定性等问题，首次将积分滑模(ISMO)方法应用于带机械臂无人机控制。首先根据空间中的位姿关系及欧拉-拉格朗日方程，对无人机与三自由度机械臂建立整体的运动学和动力学模型，保证了系统的准确性。其次在利用数学模型描述各变量之间的相互关系后，搭建仿真复杂环境用于模拟整个采样过程。最后设计ISMO控制率用于整体控制，利用李雅普诺夫方程进行了证明。考虑全局在动静态下环境对无人机位置、姿态、机械臂的扰动以及抓取后增加负载的影响，经过仿真校验，其响应速度、鲁棒性等优于传统的PID控制器，保证了系统高效稳定地运行。     

重力及其释放下空间机械臂驱动力差异及模型研究

为降低空间机构系统能耗,减小驱动力地面设计裕度,提高空间机构控制精确度,以四自由度仿人机械臂为对象,研究不同重力环境下的驱动力差异及关键影响因素。首先基于Klein算子与虚功原理建立了考虑关节摩擦的四自由度仿人机械臂动力学模型。然后通过仿真研究不同重力环境下摩擦、关节角速度、末端负载对驱动力矩的影响,并对影响空间驱动力矩的关键因素进行分析。进而参照仿真研究搭建试验平台,在关节轴线不同取向条件下进行驱动力矩差异研究,试验验证了仿真分析的正确性。最后基于试验结果修正摩擦模型并采用PSO算法辨识模型参数,得到适用于不同重力环境下的关节摩擦模型,改进了机械臂的理论建模结果。