基于运动学分析的工业机器人轨迹精度测量的研究

机器人关节伺服系统的动态误差,是影响其末端执行器运动轨迹精度的一个重要因 素．本文以六轴关节型激光加工工业机器人为研究对象,采用D-H方法建立起机器人连杆坐 标系,在运动学分析的基础上,运用齐次坐标变换矩阵微分法,建立机器人各关节转角的偏 差值与末端运动轨迹精度之间的模型,并在此基础上,利用机器人与外部的串口通讯,对在 关节伺服系统影响下,沿各种空间位置运动时,机器人末端运动的轨迹精度进行了实际测量 ．     

一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构运动分析及仿真

本文针对一种新型三自由度下肢康复训练机器人步态机构 ,建立了运动学方程 ;进行了运动方程解算 ;利用Simulink数学仿真工具进行了运动学仿真 ;根据理论和仿真结果 ,讨论了机构几何参数对步态轨迹的影响 ;仿真结果表明该机构能够模拟步态运动轨迹及脚踝运动姿态 ;分析结果为机构的结构优化设计和控制系统设计提供了必要根据。     

机器人逆运动学分析与仿真

研究机器人动态优化问题。根据机器人所持焊枪的运动轨迹,针对机器人可沿空间任意直线轨迹焊接,是焊接机器人关节控制策略中的难点,运用ADAMS软件对焊接机器人进行逆运动学求解,采用拉格朗日方法建立了系统的微分方程,运用pro/E建立了焊接机器人的三维模型,导入ADAMS中添加约束关系和设置仿真参数后建立焊接机器人的虚拟样机模型,对机械手沿空间任意直线轨迹运动的工况进行了逆运动学仿真,得到了各关节的角速度和角加速度曲线,并根据仿真结果提出了使焊接更加平稳的改进方案,结果表明方法不仅为焊接机器人的路径规划提供了参考数据,而且保证了焊接机器人在焊接过程中优良精确的动态特性和静态特性,具有重要的工程实际意义。     

基于ZMP的仿人机器人跑步运动模式

采用小车-曲面桌子模型,提出了一种基于零力矩点(zero moment point,ZMP)的仿人机器人跑步运动模式.在单腿支撑阶段和飞行阶段,分别规划了仿人机器人的质心运动轨迹和双脚运动轨迹.在单腿支撑阶段,求解根据小车-曲面桌子模型建立的动力学方程,依据小车的运动轨迹规划出仿人机器人的质心轨迹;在飞行阶段,仿人机器人质心可看作抛物线运动,质心轨迹可通过水平方向上的匀速运动和竖直方向上的自由落体运动轨迹表示.分析了双脚与地面接触时的力及力矩约束.通过改变ZMP调整身体的倾斜角度,保持身体动态平衡.同时根据动力学方程分别求解出踝关节及其他关节的关节力矩.仿真实验结果表明:仿人机器人跑步时各关节角度和关节驱动力矩变化稳定,能够实现稳定的跑步,验证了方法的有效性.     

新型蛇形机器人蜿蜒运动的动力学分析

为提高蛇形机器人执行各种运动的能力,研制了新型蛇形机器人系统．重点研究了该蛇形机器人的动力学．建立了机器人的运动学模型,并根据运动学模型提出了控制蛇形机器人蜿蜒运动的复合运动控制方法．用拉格朗日方法建立动力学模型,对不同参数下蛇形机器人的关节力矩特性和摩擦力特性进行了分析比较,为蛇形机器人的有效运动提供了理论依据．     

一种新型串联按摩机器人的设计与实现

根据中医按摩手法的运动学特征设计按摩机器人的结构并建模,然后对其进行运动学分析得到运动方程,利用运动控制器Trio计算出各轴的运动轨迹,完成按摩手法。最后通过临床实验验证按摩手法的运动轨迹,经临床观察,机器人各关节的运动轨迹符合要求,验证了结构设计的合理性和方案的可行性。     

基于遗传粒子群的PUMA机器人逆运动求解

在优化机器人动态特性的中研究,由于机器人逆运动问题.随着运动关节的增多,逆运动求解问题越来越复杂,要建立通用的解析算法相当困难.针对目前运用的粒子群算法求解时收敛精度不高、易陷入局部最优的情况,提出利用遗传粒子群优化算法求解机器人逆运动问题.运用D-H表示法建立机器人数学模型,然后从正向运动方程出发建立优化算法的目标函数,在粒子群算法中引入遗传操作求解问题.对PUMA机器人的仿真结果表明,改进方法提高了机器人位置和姿态方面的求解精度,达到了有效计算及控制机器人参数的效果.     

基于ADAMS的仿生六足机器人运动仿真

为研究仿生六足机器人的运动,根据六足甲虫的结构特点和运动特征,在不同运动形式下质心的位移、各关节的转矩等参数随时间的变化情况,利用三维建模软件SOLIDWORKS和机械系统动力学仿真软件与ADAMS联合建立仿生六足机器人的仿真模型,并对其进行直行和定点转弯运动仿真分析,通过对所得到的运动学和动力学数,验证了仿生六足机器人结构的合理性和运动的可行性,同时也发现了运动中存在的一些问题,为仿生六足机器人物理样机的研制提供了理论依据。     

工业机器人在线仿真系统研究

以工业机器人在线仿真系统为研究对象,介绍了工业机器人仿真开发的技术方法。为了验证设计和算法的合理性和准确性,分别建立了基于OpenGL和Matlab的机器人在线仿真实验平台。然后根据MDH模型对其运动过程进行了仿真,从正解、反解两个方面对机械臂进行了运动学描述。最后研究了OpenGL和Matlab机器人工具箱在机器人在线仿真中应用的可行性,取得了良好的实际效果。仿真结果表明,该系统能够满足实际工程的要求。     

面向手势动作捕捉的传感器设计及主从手运动映射

本文针对人手和机器人灵巧手在运动学上尺寸的不一致现象带来的主从手指尖运动空间映射的不一致性进行研究.基于聚氨酯拉伸应变传感器构建了测量手指关节弯曲角度的数据手套.通过建立主从手的运动学模型,基于旋转矩阵理论及正向运动学提出了一种指尖运动轨迹计算方法及手势动作捕捉算法.基于正向运动学及逆向运动学的指尖运动映射算法建立了主从手的指尖运动空间轮廓.建立虚拟实验场景,分别针对关节角度映射算法、手势动作捕捉算法及指尖运动映射算法进行了一系列试验.通过实验得出基于聚氨酯的拉伸应变传感器具有良好的时间响应特性及电学稳定性,基于手势动作捕捉算法能够获取主从手的指尖运动空间轮廓,指尖运动轨迹的计算误差控制在2.8 mm以内.结果证明了基于手势动作捕捉算法以及指尖运动映射算法能够实现主从手指尖运动空间的一致性.     

具有滚动接触的多指手操作运动学及其算法

研究多指手滚动操作的运动学及其算法.简要介绍了滚动接触运动方程,根据接触的 运动学约束,建立了描述物体与关节速度关系的关节--物体运动方程,并给出物体与手指表 面间相对角速度的表达式.得到的关节--物体运动方程、相对角速度表达式和接触运动方程 构成了形式简洁的滚动操作运动学方程.结合对方程的分析,进一步给出了多指手滚动操作物 体跟踪期望的运动轨迹时,关节运动轨迹的生成算法.     

3-TCT并联机器人运动学仿真

以Pro/E环境下建立的3-TCT并联机器人的模型为研究对象,在ADAMS/View模块下,对其添加约束和驱动后,进行运动学仿真.给定动甲台的位移,测量驱动杆杆长的变化曲线,利用ADAMS/Postprocessor模块对测量结果进行后处理,可得运动学逆解;以逆解得到的驱动杆杆长的变化曲线作为驱动,添加到驱动杆上可进行运动学正向求解.正逆解仿真结果对比表明,动平台正解时的运动轨迹和逆解时的运动轨迹完伞吻合.方法避免了大量的数学计算和计算机语言编程工作,通过CAE仿真软件实现了对并联机器人的运动学仿真,为并联机器人实际样机的调试和控制提供了一套有效的分析方法.     

折叠翼弹跳机器人机构设计及运动性能分析

为提高弹跳机器人的弹跳性能,解决弹跳机器人姿态调节和弹跳距离的问题,设计一种折叠翼弹跳机器人.通过调节多链弹跳机构的空间开链机构姿态实现对机器人弹跳朝向和起跳角的控制,研究折叠翼的滑翔下落特性增加机器人的弹跳距离.进行了姿态调整仿真和运动轨迹仿真,并在研制的折叠翼弹跳机器人样机上进行了弹跳运动实验.结果该样机显示出较高的弹跳性能.当起跳角度为80?时,弹跳高度约为0.98 m.当起跳角度为60?时,弹跳距离约为3 m,弹跳距离约为对比试验中无折叠翼弹跳机器人的1.7倍,但弹跳高度略低于无折叠翼弹跳机器人.折叠翼弹跳机器人具有良好的弹跳性能,能够完成地面上任何姿态的弹跳运动.     

冗余驱动仿壁虎机器人运动学分析与仿真

研究仿壁虎机器人处于多足吸附支撑状态时,出现冗余驱动问题,机器人驱动难度较大,为协调机器人各关节运动和姿态控制,讨论了一种冗余驱动的仿壁虎四足机器人的自然约束条件,推导了机器人三足吸附状态时冗余驱动变量与独立驱动变量的位置和速度关系,建立了机器人机体正运动学方程,同时建立了机器人的逆运动学方程,用来验证正运动学方程的正确性.机器人正运动学方程是一个高次方程,有16组解,数字仿真结果表明只有一组解满足实际模型要求.逆运动学分析结果及仿真结果验证了正运动学的正确性.     

工业码垛机器人运动学仿真

码垛机器人的运动学分析是实现码垛控制的前提和基础.针对码垛机器人的结构特点,运用空间几何方法对码垛机器人的运动学特性进行理论分析,建立驱动关节与末端执行器的映射关系.利用INVENTOR和ADAMS软件建立了码垛机器人参数化虚拟样机模型,进行运动学仿真.同时,对码垛机器人码垛轨迹仿真优化.实验结果证明,新型工业码垛机器人具有良好的运动学特性,符合现代码垛作业的要求.新提出的机器人仿真分析方法,对进一步提高码垛机器人技术的设计水平,具有促进和借鉴作用.     

冗余度机器人自运动中的混沌运动及其控制

以一个平面3R刚性冗余度机器人为研究对象,采用PD调节器进行工作空间内的负反馈,控制机器人末端重复跟踪工作空间内封闭路径,对此过程中机器人自运动中可能存在的混沌运动进行了研究.通过运动仿真和相图,以及计算系统的最大李亚普诺夫指数,研究发现,基于雅可比矩阵的伪逆,求解冗余度机器人运动学逆解时其自运动是混沌的.首次应用延迟反馈控制法对所发现的混沌运动进行控制,在适当的参数条件下,成功地将混沌运动转变为规则的周期运动.􀁱 􀁽     

工业机器人浇铸控制系统的设计与应用

根据浇铸机器人的功能需求和特点,设计了具有良好通用性和开放性的工业机器人浇铸控制系统的软硬件结构.以三轴浇铸机器人为应用实例,分析了其运动学正逆解算法,并根据实际生产需求,通过PLC程序中定义的M指令实现整个浇铸系统的I/O信号交互控制.实际应用结果表明,该浇铸控制系统有效地提高了浇铸生产效率,并且运行稳定可靠.     

关节式爬管机器人的运动稳定性研究

在爬管机器人的运动稳定性问题的研究中,设计了一种应用关节式机器人运动原理的爬管机器人.为提高机器人运动的稳定性,提出以关节翻转力矩和手爪夹持力来评判运动姿态的稳定性,以躯干质心位移和速度的变化规律来评判运动轨迹的稳定性.利用ADAMS软件建立了在一个运动周期内,各关节驱动电机的输出转矩、手爪与管道之间的接触力,以及躯干质心的位移、速度等随时间的变化规律模型.结果表明所设计的爬管机器人的关节翻转力矩和手爪夹持力能满足运动姿态稳定性的要求,且能够以约1.11 m/min的速度沿着垂直管道平稳地爬行,不偏离爬行方向,保证了机器人运动轨迹的稳定性.仿真结果为下一步研制关节式爬管机器人的物理样机提供了理论指导,也为其它类型的爬管机器人研究提供了参考.     

仿人机器人复杂动态动作设计及相似性研究

提出了一种基于人体运动的考虑节奏相似性的仿人机器人复杂动态动作设计方法. 首先, 把人体的运动分割成基本动作段, 给出了运动学约束, 讨论了复杂动态动作的稳定性调节方法. 然后, 提出了考虑运动节奏的仿人机器人模仿人体动作的相似性函数, 并给出了满足运动学约束和动力学稳定性、具有高相似性的运动轨迹求解方法. 最后, 通过在仿人机器人 BHR-2 上进行中国功夫``刀术'实验验证了该方法的有效性.     

仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法

提出了仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法. 首先, 通过运动捕捉系统获取人体运动数据, 并采用运动重定向技术, 输出人--机简化模型的数据; 然后, 对运动数据进行分析和运动学解算, 给出基于人体运动数据的仿人机器人逆运动学求解方法, 得到仿人机器人模型的关节角数据; 再经过运动学约束和稳定性调节后, 生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹. 最终, 通过在仿人机器人BHR-2上进行刀术实验验证了该方法的有效性.