线驱动柔性机械臂的运动学分析

与传统的由连杆和关节构成的刚性机械臂不同,设计的柔性机械臂无任何刚性结构,外围驱动装置通过嵌在机械臂内部的拉线与柔性机械臂相联系,控制拉线长度的变化量即可调整柔性机械臂末端执行器的位置和姿态。柔性机械臂由弹性材料制作而成,拥有无穷多个自由度,在确保了高安全性、高灵活性的同时,随之也带来运动学和动力学建模复杂、控制难度大等问题。基于分段常曲率的假设,提出了一种运动学建模方法,通过建立3个空间,即驱动空间、虚拟关节空间、任务空间,以及两个映射,即驱动空间-虚拟关节空间映射、虚拟关节空间-任务空间映射,将拉线长度的变化量和柔性机械臂末端执行器的位置和姿态关联起来。仿真结果表明,提出的线驱动柔性机械臂的运动学模型,能较为真实地模拟柔性机械臂在拉线长度变化时的形态,计算末端执行器的位置和姿态。     

一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法

提出一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法,以实现移动平台和机械臂两者间位姿标定与机械臂运动学参数标定模型的统一.机械臂运动学参数标定使用最多的是基于D-H参数法,但D-H参数法无法克服相邻关节平行或接近平行时的奇异性问题,以及建模过程复杂、建模后的模型通用性差等问题.基于指数积的移动机械臂联合标定方法建模时不会因为关节轴平行而出现奇异性问题,建模过程简单.通过对整个系统的运动学方程进行微分运算,获得末端位姿误差和移动机械臂零位状态旋量误差及关节旋量误差的线性化模型.利用伴随矩阵方式建立关节旋量理论值与关节旋量实际值的关系,并通过改变伴随矩阵实现基于最小二乘法的参数辨识计算过程中参数更新.使用高精度激光跟踪仪作为测量工具,通过实验验证所提出方法的有效性.     

六自由度机械臂逆运动学算法

根据D-H参数法确定六自由度机械臂的运动学方程,结合平面几何法和欧拉角变换法将机械臂的逆运动学求解问题分为两部分,一通过平面几何法确定机械臂腕部点的坐标与前三个关节角的关系,二通过欧拉角变换法确定机械臂末端姿态与后三个关节角的关系,根据逆运动解的选取原则从八组解中选取最优解;利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立机械臂的正运动学模型,通过多组位姿下的正逆运动解对比验证逆运动学求解算法的准确性;利用VC++中的QueryPerformanceCounter函数和MATLAB中tic-toc语句得到不同算法所消耗的平均时间,通过消耗时间的对比说明该算法的快速性;利用VC++编程实现机械臂写字的过程,通过对比输入字的形状与机械臂末端的实际运动轨迹,进一步验证该算法是一种快速而准确的逆运动学求解算法。     

七自由度重载液压机械臂运动学仿真分析

针对7自由度重载液压机械臂,建立精确的重载液压机械臂系统运动学方程。利用Creo完成机械臂三维模型搭建。利用D-H参数法通过Matlab建立了机械臂的运动学模型,求解运动学方程完成了机械臂的正向运动学推导;通过蒙特卡洛法分析计算机械臂工作空间。为进一步研究动力学及运动精度控制提供依据。     

基于遗传算法的机械臂实时避障路径规划研究

针对模块化机械臂在运行时可能与工作空间中的障碍物发生碰撞的问题, 提出一种基于遗传算法的避障路径规划算法。首先采用D-H(Denavit-Hartenberg)表示法对机械臂进行建模, 并进行运动学和动力学分析, 建立机械臂运动学和动力学方程。在此基础上, 利用遗传算法分别在单/多个障碍物工作环境中, 以运动的时间、移动的空间距离和轨迹长度作为优化指标, 实现机械臂避障路径规划的优化。通过仿真验证了基于遗传算法的机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性, 该算法提高了运行中的机械臂有效避开工作空间中障碍物的效率。     

故障容错串联机械臂设计方法研究

本文从机械臂运动学任务特性出发,定义了故障容错机械臂的相关特性,论证了运动学关节冗余也可以提高机械臂系统的可靠性,故障容错机械臂所应该具备的自由度数,以及针对不同的任务对象要求,设计故障容错机械臂的方法.将任务空间抽象简化为一系列的特征点,建立机械臂参数与理想值相关的罚函数,选择有效的优化算法,设计出了一系列故障容错平面位置机械臂和故障容错空间位置机械臂.建立起完整的故障容错机械臂的设计方法,对危险环境机器人、医疗机器人的研究设计具有重要价值.     

基于运动学模型重构的单关节故障机械臂容错路径规划

针对单关节故障机械臂的路径规划问题,提出一种基于运动学模型重构的容错路径规划方法.首先基于旋量理论进行单关节故障机械臂的通用运动学模型重构;然后分析机械臂的退化工作空间,并以运动性能平稳为约束对其进行栅格化处理;最后通过改进传统的A$^\ast$算法,在退化工作空间中搜索出能够满足任务要求的轨迹.以七自由度机械臂为对象进行仿真实验,验证了所提出方法的正确性和有效性.     

柔性机械臂动力学建模研究进展

刚性机械臂由于其较高的工作精度和重复性、较强的承载能力,已广泛应用于危险或相对单一、重复性高工作场景.但刚性机械臂的结构及运作方式不够灵活,无法适用于不定型、非标准、狭窄空间等生产场景.最近几年,柔性机械臂因其结构柔性、作业空间大、人机交互安全等优点而受到广泛关注,有希望应用于医疗、服务和智能制造等领域.但柔性机械臂结构柔软,运动比较自由,在作业过程中柔性效应不可忽略,这对其高精度控制提出了重大挑战.柔性机械臂控制的核心科学问题之一是建立包含结构柔性特征和动态特性的高精度动力学模型.为此,本文对柔性机械臂运动学建模和动力学建模研究进行了综述.作为动力学建模的基础,本文首先综述了柔性机械臂的运动学建模方法,主要介绍了曲率法、伪刚体运动学(PRB)方法、基于Cosserat杆的运动学建模方法、结构几何分析方法、Denavit Hartenberg(D H)法及坐标法、数据驱动和机器学习方法等.随后,本文详细综述了柔性机械臂的动力学建模方法,主要包括集中参数系统法、假设模态法、有限元法.最后,本文简述了目前柔性机械臂动力学研究的主要内容,并对未来研究做出展望.     

基于STM32的果实收获机械臂运动控制系统研究

为了实现果实的收割,设计了一种基于STM32处理器的机械臂运动控制系统。该系统以STM32F103微控制器为核心,完成机械臂运动控制模块的设计;利用D-H参数法研究分析多关节机械臂的正、逆运动学问题,建立机械臂的运动学仿真模型,并实现机械臂平面作业轨迹跟踪仿真,验证其运动学正逆解的正确性。基于PC+STM32运动控制模块,控制实现机械臂的运动轨迹跟踪,利用机械臂完成运动控制实验。实验结果表明该控制系统能够实现果实收割。     

葡萄套袋机器人机械臂运动学分析与轨迹规划仿真

本文针对葡萄套袋机器人机械臂,建立基于Denavit—Hartenberg法则的运动学模型,对机械臂的正运动学与逆运动学进行求解与分析,利用MATLABRoboticsToolbox对其结果进行仿真,验证了模型的正确性。利用RoboticsToolbox对机械臂进行了在关节空间的轨迹规划仿真分析,为葡萄套袋机器人机械臂的控制研究提供了基础。