双臂协作机器人运动可靠性评估

针对双臂协作机器人精度要求高、工作状态难采样的特性,基于二次四阶矩估计法提出一种双臂协作机器人可靠性分析模型,对机器人位置误差进行分析。利用极值分布原理将系统转换为串联系统,采用随机变量的各阶矩得出极限状态函数的各阶矩;通过最佳平方逼近方法确定极限状态函数的概率密度函数,从而实现单机械臂的可靠度求解,再采用体系可靠性方法对双臂协作机器人的可靠度进行求解。最后,以六自由度双臂协作机器人为例进行分析,通过与蒙特卡洛仿真比较,验证了该方法的有效性。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性，设计了协调控制系统，并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型，利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式，设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式，设计双臂联合避免关节限制策略，通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性，采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真，并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下，单臂机器人运动轨迹误差较小，但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大，双臂产生的角速度峰值较大；在有关节约束条件下，单臂机器人运动轨迹误差较大，而双臂运动轨迹跟踪误差较小，双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略，可以提高机械臂运动的协调性，降低机械臂角速度产生的峰值，机器人运动相对稳定，效果较好。     

基于CMA-ES算法的面向任务的机器人结构优化

为了解决指定任务的机器人结构设计问题,将任务要求和相关性能指标纳入到机器人结构设计过程中,提出了一种面向任务的机器人结构(DH参数)优化设计方法。首先,将指定任务描述为笛卡尔空间中一系列位姿点,姿态用四元素表示;其次,根据机器人运动学特性,推导出任务可达性约束条件,用各向同性指标、关节角度指标、尺寸指标构建目标函数,将机器人DH参数和到达各任务点时的关节值作为设计变量,从而建立了机器人结构优化设计的数学模型,并进一步利用罚函数法处理可达性约束;最后,根据优化问题具有非线性、不可导、高维度和连续值优化的特性,选用CMA-ES(协方差矩阵自适应进化策略)进行机器人结构优化设计问题的求解。实例仿真通过模拟一个位姿不断变化的复杂作业场景,验证了该方法的有效性。     

采用粒子群算法耦合遗传算法优化双臂机器人模糊逻辑控制研究

为了提高双臂机器人运动轨迹追踪精度,降低运动过程中的抖动幅度,引入混合粒子群算法优化双臂机器人模糊逻辑控制,并对误差和力矩进行仿真。创建双臂机器人平面运动模型简图,建立机械臂运动方程式。分析了模糊逻辑控制规则,引用模糊逻辑控制不同成本函数定义机械臂运动轨迹的平方误差均值、误差的绝对值及控制力参考误差,采用遗传算法耦合粒子群算法优化模糊逻辑控制的成本函数。通过MATLAB对优化模糊逻辑控制的双臂机器人运动轨迹控制力矩进行仿真,并且与模糊逻辑控制仿真结果形成对比。仿真结果显示:受外界环境干扰时,双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,不仅运动轨迹追踪误差较小,而且输入力矩值也较小。双臂机器人模糊逻辑控制采用遗传算法耦合粒子群算法优化后,能够提高机器人运动轨迹追踪精度和降低控制系统抖动幅度。     

双臂机器人协调搬运运动的运动学分析

针对双臂机器人协调搬运运动模式,文章提出了一种新的坐标系变换方法。以双SCARA机器人组成的双臂机器人为研究对象,首先运用DH算法推导出单臂SCARA机器人的运动学方程。然后建立双臂机器人协调搬运坐标系,找出搬运工件与双臂机器人的约束关系,根据规划的搬运工件轨迹求出主机械臂末端的运动轨迹,根据主机械臂各个关节的实际关节角度求解出从臂的运动轨迹。最后采用Adams与MATLAB联合仿真实验平台进行仿真验证,实验结果表明双臂机器人可以完成定姿态与变姿态两种运动模式。     

基于视觉的机器人目标抓取研究

为了减少机械臂在产品分类和抓取过程中的执行时间,减少定位误差,提高生产效率,提出基于视觉反馈机制的机器人控制方法。针对传统机器人只根据待抓物体特征点进行识别的局限性,根据机械臂系统可同时检测对象颜色和形状属性,提出基于RGB颜色空间和surf算法结合的目标对象特征提取方法;结合机械臂空间移动过程方法的研究,从机械臂逆运动学的角度出发,对以完成位姿定位的物体进行抓取;使用众为创造科技有限公司生产的xArm机器人验证所提方法的有效性和鲁棒性,结果表明该视觉识别方法有效提高了机器人抓取的精准性。     

关节回转副间隙对焊接机器人末端位姿精度影响研究

机构回转副在运行一段时间后,由于磨损必然会导致配合间隙增大,从而加剧系统动力学性能恶化,导致焊枪末端偏离理论焊接位置,焊接精度降低直至失效。为了研究回转副间隙对机械臂末端位姿的影响程度,建立了机械臂回转副间隙数学模型,采用SolidWorks软件建立焊接机械臂虚拟样机,分别对有无回转副间隙机械臂进行运动仿真分析,获得了机器人焊接过程中铰接轴的运动特性。研究结果表明,含回转副间隙机械臂的铰接轴线速度和线位移存在一定程度的波动,对焊接机械臂末端位姿有影响,降低了焊接机器人的运动稳定性与焊接精度。     

基于ROS的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统

当前自动化上下料的机器人之间仍各自独立运行，上下料位置固定缺乏柔性，智能化程度低。针对以上问题设计了基于ROS的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统，用以实现智能化、柔性化的上下料工作。在ROS系统上，基于全局视觉与改进ArUco tag识别技术，开发了机械臂和AGV的识别与控制模块，实现了两种机器人在全局视觉下的识别与路径规划；并基于动态指令技术和ROS主从机通讯技术，实现了所开发ROS系统与机械臂和AGV的可靠通讯；最后，考虑不同机器人的协作规则和目标位姿计算方法，结合上述机器人识别与控制模块，提出了一种机械臂与AGV的视觉协同控制方法。实验测试表明，该系统能够实现多机器人的识别、控制与协同，工件托盘能够通过AGV按照要求实现任意指定位置的上下料接驳，具有良好的稳定性与柔性。     

基于改进RRT算法的空间机械臂避障路径规划北大核心

针对传统快速扩展随机树(RRT)算法在机械臂的运动规划时,存在方向随机性强、目标导向性差、规划速度慢、轨迹平滑度差的问题,提出了一种基于目标偏置和拓展点选择机制的改进RRT算法。该算法利用目标偏置策略影响叶子结点的扩展方向,并且在算法陷入局部极小值时,结合碰撞信息进行拓展点选择从而快速脱离极小值;同时考虑到不同关节角对机械臂位姿影响的程度不同,为待搜索的关节空间各方向添加权重,从而大幅提升搜索效率,并且方便确定机械臂位姿的变化量。结果表明,改进后的算法能对树的生长方向产生引导作用,在提高算法的收敛速度的同时避免陷入局部极小值,并且提高了机械臂在仿真中运动规划效率。     

新型并联机床的力／运动传递各向同性性能及其分布

以并联机器人机构为原型的并联机床,其力/运动传递各向同性性能是随其运动平台的位姿变化而变化的。本文应用并联机器人机构学理论,提出基于6-SPS并联三维平台机构的新型6自由度并联机床的力/运动传递各向同性性能评价指标,并给出这些指标在定位姿工作空间内的分布情况,这对该结构形式的并联机床的设计及其任务规划和控制有重要意义。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

基于SimMechanics的六自由度机械臂仿真研究

运动学和动力学分析对机械臂的研究具有很重要的作用。以往对机械臂的研究方法均需要建立复杂的数学模型和程序,而Sim Mechanics具有简单、快捷获取动态系统的模型的功能,并且系统建模方便直观,仿真功能强大,可以在模型中通过改变结构,优化系统参数,在仿真环境中分析结果。利用Sim Mechanics的上述优点,以工业六自由度机械臂ER10为研究对象,将SolidWorks建立好的机械臂ER10模型导入到MATLAB/SimMechanics仿真平台中,生成对应的仿真模型,并且在运动仿真平台中,通过在机械臂模型添加末端位姿信号和各个关节信号(角度函数,力矩值),全面地对机械臂进行运动学和动力学分析。     

机器视觉主导的机械臂动态抓取策略研究

针对传统工业机器人在移动目标的抓取中存在灵活性和位姿适应能力差的问题,以开源机器人操作系统（ROS）为平台进行基于视觉反馈的动态抓取策略研究。在ROS中搭建UR5机械臂动态抓取系统,并对机械臂进行正逆运动学分析;提出基于RGB颜色空间和SITF算法结合的新型特征识别方法以提高识别效率;设计注视逼近的视觉反馈控制策略,实现机械臂对传送带上移动目标的抓取操作。结果表明：所提策略识别成功率达到99.6%,逼近抓取成功率达到98.33%,验证了机器视觉主导的反馈抓取算法基本满足工程实际应用,有较高的可行性和准确性。     

6R工业机器人几何求逆优化算法及仿真分析

为提高机器人工作性能,满足实际复杂工况需求,研究了SNR3-C30型6R工业机器人的运动状态和轨迹规划。首先,根据D-H法建立机械臂连杆坐标系以及运动学方程;其次,基于其末端执行器的位姿矩阵特性,提出一种结合位姿分离思想的几何求逆优化算法,该算法利用机器人各关节相对腕部的几何位置关系来求解前三个关节角θ_1,θ_2,θ_3,然后在此基础上通过旋转子矩阵求解剩余的关节角θ_4,θ_5,θ_6;最后,在MATLAB Robotics仿真模块中对改进算法进行验证,并采用多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划。研究结果表明,改进算法具有优越性和有效性,并且当采用五次多项式插值法进行轨迹规划时机器人运行更平稳。     

接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划

针对铁路隧道中，接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题，研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模，并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置，然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿，采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划，并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图，为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。     

冗余度排爆机械臂作业空间的研究

针对在公交车体内部作业的7自由度排爆机械臂进行研究,利用三维建模软件对冗余自由度排爆机械手进行建模,使用D-H法对机械手臂建立坐标系,对机械手的位姿进行正运动学分析并建立手臂末端位姿矩阵。利用蒙特卡洛法对手臂末端作业空间进行研究,使用MATLAB软件进行仿真绘制出手臂末端在车体内部的点阵图,分析手臂末端作业空间和盲区,研究目标空间与作业空间的关系,为避免在盲区中作业提出手臂使用的优化方案。     

5-DOF仿人型机械臂关节空间轨迹规划研究

文章以5-DOF仿人型机械臂为研究对象,讨论了工业机器人轨迹规划方法及相关问题。对该机械臂进行了运动学分析,建立了机械臂运动学方程,并针对典型搬运作业方式,以距离最优为目标选取空间梯形路径关键点,设计了基于关节空间五项多项式插值算法的轨迹规划方法,利用Robotics Toolbox工具箱进行机械臂虚拟建模及关节空间轨迹规划仿真。经验证,相对于传统矩形路径作业方式,该方法可以更好完成工业机器人搬运作业的轨迹规划问题,对进一步结合工艺参数研究工业机器人控制系统具有必要的理论及实践意义。     

基于扰动观测器的冗余机械臂任务空间控制

针对冗余机械臂在任务空间中的轨迹跟踪控制精度差问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的滑模控制算法。首先,将末端执行器位姿轨迹通过运动学逆解转换成关节空间内的关节角轨迹,降低运动学求解的计算量;其次,利用拉格朗日法获得机械臂的动力学模型,明确系统输入输出关系;进而,设计非线性扰动观测器来估计与补偿系统的集总干扰,并引入基于趋近律的滑模控制算法来加快系统状态量的收敛速度;再者,控制器的稳定性在李雅普诺夫框架下得以证明;最后,以7自由度冗余机械臂为例对该文所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:文中控制器的控制性能要优于LADRC与SMC-LESO,能保证关节角具有较高的轨迹跟踪精度;该文方法能够较好地解决冗余机器人的运动学逆解问题,将求解精度控制在0.1mm的量级内。     

移动机器人机械臂运动分析及轨迹规划

以自行研制的移动双臂机器人为对象,采用D-H参数建模法建立双臂机器人数学模型,利用MATLAB的Robotics toolbox工具箱建立机器人手臂关节的运动学模型,分析机器人的运动学问题和基于关节空间的轨迹规划问题。通过SolidWorks建立双臂机器人的三维模型并导入Adams仿真软件,对虚拟样机模型进行动力学仿真分析。通过仿真验证了双臂机器人的设计可以满足工作性能的要求,为评价其力学指标和后续的驱动系统的硬件选型提供了重要的理论依据。     

基于熵不确定性概念的机器人位姿精度理论体系

本文在指出传统的机器人位姿精度理论研究不足的基础上，提出利用信息熵的概念来研究机器人的位姿精度，简要介绍了基于熵不确定性概念机器人位姿精度理论的体系结构，具体包括精度模型的建立，位姿精度分析方法，位姿精度优化综合方法以及位姿精度分析的计算机仿真系统，最后，说明了用基于熵不确定性概念的机器人位姿精度研究方法解决现有机器人位姿精度理论研究虽存在问题的办法。