六自由度机械臂运动学及工作空间分析

建立了一种用于危险作业条件下的六自由度机械臂模型,根据D-H方法建立了其数学模型,并进行正向运动学分析,通过计算和仿真,验证了所建运动学方程的正确性。通过采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,利用Matlab对机械臂工作域进行求解,给出了机械臂末端的工作空间点云图。通过机械臂运动过程中基座的受力分析,结果表明:末端执行器移动速度越快,基座承受的力矩越大;各个关节角速度和末端执行器移动速度对力矩曲线的平稳性影响明显,且基本成正比;在末端执行器位移方向改变处,基座所受力矩最大。     

液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真

针对液压支架顶梁焊接过程中焊接工艺不完善、焊接难度大的现状,设计一种五自由度焊接机械臂,以保证顶梁的焊接效率和质量。基于改进D-H参数建模方法,对顶梁焊接机械臂进行正、逆运动学分析求解;采用蒙特卡罗法对液压支架顶梁焊接机械臂的有效工作空间进行分析;使用MATLAB中Robotics Toolbox工具箱对焊接机械臂进行建模和轨迹规划分析和仿真,得到各关节的角位移、角速度以及角加速度曲线;使用Adams得到机械臂的实时跟踪轨迹,经验证可知MATLAB的轨迹规划是正确的。分析仿真结果可得,设计的顶梁焊接机械臂轨迹平稳并连续,满足运动学要求,为后续顶梁焊接机械臂的动静力学分析和优化设计以及运动控制奠定了基础。     

基于改进灰狼算法的机械臂运动学高精度逆解北大核心

为提高串联机械臂逆运动学的求解精度、简化求解难度及增强求解通用性,提出一种适用于各类串联机械臂逆运动学求解的改进群智能算法;根据改进D-H参数法建立机械臂运动学模型,以最小化位姿误差为优化指标建立目标函数,将逆运动学求解问题转化为优化控制问题。通过多种群混沌协同搜索策略、最优学习策略、多重变异扰动策略和跳出局部最优策略4种改进策略提出一种多策略协调改进的灰狼优化(multi strategy coordination improved grey wolf optimization,MSCIGWO)算法,并应用于求解各类串联机械臂逆运动学。仿真试验结果表明,改进后的灰狼优化算法求解性能得到极大提高,相比于直接采用灰狼优化算法求解机械臂逆运动学,MSCIGWO算法的收敛速度、收敛稳定性更强且可高精度收敛至精确小数点后12位数值精度的理想位姿,验证了该算法求解的有效性与通用性。     

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。     

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。     

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。     

面向UAV的绳驱动空中机械臂动力学建模分析北大核心

为解决空中机器人与外界环境交互作业问题,设计了一种面向UAV的绳驱动空中机械臂系统,并研究了其系统建模方法。首先,设计了绳驱动空中机械臂的虚拟样机,详细地介绍了其机械结构、工作原理以及绳索解耦方式;其次,综合牛顿-欧拉法、拉格朗日法、旋量理论、空间算子代数理论4种方法推导出了整个系统的正反向运动学模型和正反向动力学模型;最后,通过仿真算例对绳驱动空中机械臂的性能进行了模拟评估。结果表明,所建立的绳驱动空中机械臂系统模型是合理有效的,能较为准确地反映系统的动态特性,所提出的综合建模方法对其它多刚体系统的建模具有一定的参考价值。     

重箱转载机械臂的运动学建模与仿真

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,建立了机械臂的正运动学数学模型及仿真模型,并对模型进行了数值验证。在此基础上,应用MATLAB/Robotics工具箱进行了运动学仿真,结果表明:该机械臂结构参数设计的合理性,各关节在运动过程中并无冲击、骤变等现象。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

基于改进珊瑚礁算法的机械臂快速逆解分析北大核心

针对结构复杂、自由度高的冗余机械臂逆运动学求解困难的问题,提出一种基于经验进化的珊瑚礁优化算法(EECRO)。首先,基于7自由度机械臂的正运动学分析建立了基于位置误差的优化模型;其次,使用PSO算法的学习进化策略代替CRO中的交叉变异,同时引入种群入侵策略以提高种群多样性,并将概率毁灭策略改为条件毁灭策略以保证具有足够的求解精度;然后,通过基准测试函数验证了所提算法具有良好的收敛速度和精度;最后,使用所提方法对给定轨迹点进行了逆运动学求解实验。结果表明,使用EECRO算法的求解的逆运动学精度更高、求解速度更快,与CRO算法相比精度提高了10个数量级以上,不仅扩展了CRO算法的应用范围,同时也为逆运动学数值解问题求解提供了新方法。     

三自由度并联机构性能分析与优化

以含中间恰约束PU支链、能够实现三自由度的3UPS-PU、4UPS-PU并联机构为研究对象,对机构进行运动学分析,建立机构模型和位置数学模型,求解完整的雅可比矩阵。建立全域灵巧指标和全域刚度性能指标,基于粒子群优化算法对两种并联机构进行多目标优化,并进行比较分析。结果表明,4UPS-PU冗余并联机构比3UPS-PU并联机构具有更好的全域灵巧数和全域刚度数。     

机器人操作臂离线编程仿真系统

简述了离线编程仿真系统相对传统示教编程的优势,提出了基于OpenGL与QT的机器人操作臂离线编程仿真系统,建立机器人操作臂及工件的三维模型并实现了机械臂的运动学动态仿真。设计开发了离线编程仿真系统各功能模块,包括机器人语言编程模块(编程语言及其翻译器)、运动规划模块、机器人运动仿真模块、模型管理及辅助模块等。最后给出了仿真系统对机器人搬运工件的应用实例。     

一种肩关节的运动学传递性能分析

基于球面三自由度并联机器人,研制了一种肩关节,分析这种肩关节的运动传递性能及其在工作空间内的分布规律.介绍这种肩关节的结构布局特点,推导出其运动传递方程;基于运动传递方程,定义速度传递性能评价指标,并分析速度传递性能评价指标在工作空间内的分布规律.分析结果表明,这种肩关节具有较好的运动传递性能.     

压铸机直立型喷涂机械手的设计及其系列化

设计了一种应用于压力铸造脱模剂喷涂的直立型机械手,并就现行压铸机规格初步对该机械手进行了系列化.该机械手的主要组成部分为雾化器、喷管组、纵向进给机构、直角旋转机构等;直角旋转机构主要由带齿条能来回运动的活塞和带机械手进给机构机座的齿轮组成,并通过液压油的驱动使机械手旋转.     

Force Free Add-on Position Measurement Device for the TCP of Parallel Kinematic Manipulators

The position of the tool center point (TCP) of a parallel kinematic manipulator (PKM) is traditionally being measured indirectly by means of the position measurement of the drives. Cutting forces and acceleration forces cause displacements of the TCP, which cannot be detected from the position measurement of the drives. To improve the position accuracy of the TCP a force free add-on position measurement device is suggested. The kinematic design of such a measurement device, the calibration and its application for feedback control and improved TCP positioning in the presence of external forces is described. Experimental results are presented to illustrate the expected improvements in TCP positioning.     

Method for the Optimization of Kinematic and Dynamic Properties of Parallel Kinematic Machines

The following paper introduces an approach, which allows the consideration of the kinematic as well as the dynamic properties of parallel kinematic machines. Based on the results of a preceding kinematic optimization, a FEM-model with arbitrary input parameters is designed. The full kinematic functionality of struts and joints used is ensured. By coupling the FEM-model to the GNU Octave numerical program system, a variety of movements including machining forces can be simulated. A Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno optimization algorithm, using GNU Octave, was written and coupled to the FEM-system. Now, this algorithm is able to influence the model's arbitrary input parameters during the optimization process. Thus, the model is optimized automatically for a certain machining process and/or dynamic behavior. This procedure is demonstrated using the example of a delta robot structure originally designed by Raymond Clavel [7].     

基于Matlab/Simulink机器人力控制系统仿真研究

介绍一种在Matlab/Simulink环境下末端与环境接触的机器人力控制仿真方法.将基于S-Function功能实现的系统模型嵌入到Sireulink仿真环境中,可简化仿真模型、降低编程难度,这种方法可以推广到其他复杂控制系统的建模.通过对二自由度机器人力控制仿真编写S-Function模块,验证了此方案的实用性.     

Nozzle Mounting Method Optimization Based on Robot Kinematic Analysis

Nowadays, the application of industrial robots in thermal spray is gaining more and more importance. A desired coating quality depends on factors such as a balanced robot performance, a uniform scanning trajectory and stable parameters (e.g. nozzle speed, scanning step, spray angle, standoff distance). These factors also affect the mass and heat transfer as well as the coating formation. Thus, the kinematic optimization of all these aspects plays a key role in order to obtain an optimal coating quality. In this study, the robot performance was optimized from the aspect of nozzle mounting on the robot. An optimized nozzle mounting for a type F4 nozzle was designed, based on the conventional mounting method from the point of view of robot kinematics validated on a virtual robot. Robot kinematic parameters were obtained from the simulation by offline programming software and analyzed by statistical methods. The energy consumptions of different nozzle mounting methods were also compared. The results showed that it was possible to reasonably assign the amount of robot motion to each axis during the process, so achieving a constant nozzle speed. Thus, it is possible optimize robot performance and to economize robot energy.     

基于模糊神经网络补偿的刚性机械手轨迹跟踪鲁棒控制

对存在模型误差和外部扰动信号的刚性机器人,提出采用计算力矩和模糊神经网络补偿相结合的控制方法,实现了刚性机器人轨迹跟踪鲁棒控制.该控制方案不仅可以简单得到精确在线训练数据,而且克服了神经网络控制实时性差的弱点.仿真结果表明,采用模糊神经网络作为补偿控制器,既能消除不确定性对系统的影响,又能得到渐近收敛的跟踪误差.     

全方位小型足球机器人运动特性分析

全方位小型足球机器人要在车体布局中加上带球、击球和挑球等多种控球机构,这使车体布局不对称问题更加突出,对车体的运动性能造成较大影响。文中就该问题,分别建立三轮和四轮车体运动模型,利用伪逆矩阵反求和MATLAB仿真分析了驱动轮间夹角对车体最大速度和最大加速度性能的影响,并对三轮、四轮车运动性能进行比较,得到车体的最大速度和最大加速度随驱动轮夹角的分布规律,为设计高性能的足球机器人车体提供理论依据。