基于旋量理论的6R工业机器人运动学建模与分析

针对六自由度工业机器人,基于旋量理论,运用旋量指数积方法对机器人进行运动学建模,基于此模型对机器人逆运动学进行求解。根据机器人的构型,提出一类子问题,即两关节相互平行且与第三关节垂直,运用旋量理论及已知的Paden-Kahan子问题对该类子问题的求解进行推导。基于旋量法对速度雅可比矩阵进行推导,在此基础上对机器人的奇异性进行分析,求出奇异形位各关节的角度值,为机器人的轨迹规划和实时控制提供理论基础和重要数据。运用MATLAB对运动学求解及奇异性分析进行仿真,仿真结果显示:所建立的运动学模型正确,求解算法精度高,奇异性分析结果正确。     

基于旋量理论的4-R(SS)2并联机器人正运动学分析

研究机器人运动学较为传统的方法为D-H参数法,以4-R(SS)2并联机器人为研究对象,基于旋量理论,根据指数积公式对该机器人进行正运动学分析,得到机器人的位姿变换矩阵。旋量法只需要建立惯性坐标系S和工具坐标系T,经过每一个关节变量之间的变换,最终可得到其运动学方程。与D-H参数法相比,此方法使运动学模型变得更为简单,并且具有更明确的几何意义。最后对并联机器人进行运动仿真,构建其仿真模型,确定机器人各结构的参数,输入随机关节变量,得到的结果与文中计算的结果进行对比,验证本文方法的准确性。     

基于旋量法的飞机表面清洗机器人运动学分析

针对5自由度飞机表面清洗机器人,通过旋量和指数积公式求解了运动学正解,得出末端执行器相对惯性坐标系的位形。采用运动螺旋求解了运动学正解的雅可比矩阵,为机构的奇异性、实时控制、可操作性的研究提供了理论基础。     

含两个冗余驱动并联机床的灵巧度分析

以两个冗余驱动的并联机床为研究对象,建立机床的运动学模型,得到机床的雅克比矩阵,并对机床进行灵巧度分析。利用雅克比矩阵建立了3个影响机床灵巧度的指标,即可操控性、条件数和最小奇异值,通过这3个灵巧度指标定义了综合灵巧度系数这个评价指标。最后采用MATLAB进行仿真分析,得到不同位置的灵巧度分布情况,为机床的优化和轨迹规划奠定了一定的理论基础。     

三自由度Delta机器人的奇异性分析及空间研究

在工作过程中,为了得到Delta机器人的最优运动轨迹,需要对其奇异性和工作空间进行深入研究。为此,建立Delta机器人的正向运动学数学模型,基于机器人的正向运动学数学模型采用偏微分的方法建立了机器人的雅可比矩阵,以雅可比矩阵为依据分析了Delta机器人存在的运动学奇异位形。同时分析了影响Delta机器人工作空间的约束条件如电机的转动范围、球关节的旋转范围等,利用Matlab软件并基于机器人的正向运动学数学模型,求解出机器人在定平台上执行器的工作空间三维图。机器人的奇异性和空间分析结果,将为设计出无奇异性的轨迹提供理论依据。     

基于位姿分离法的ABB机器人IRB1200运动学分析

以ABB公司的IRB1200机器人为对象,对其运动学和工作空间进行研究。首先,简化机器人的实体结构,得到其运动机构模型,对其进行正运动学分析;然后,采用位姿分离的方法推导其逆运动学解析表达式,并对逆解过程中涉及的奇异点做了严谨的分析;最后,在Matlab中,对正逆运动学模型进行仿真运算,并采用蒙特卡洛法分析机器人的工作空间,绘制工作空间的点云图;位姿分离法完全避免了复杂的4阶齐次变换矩阵求逆运算,简单高效,有利于机器人的实时控制。     

6R关节式机器人运动学仿真分析

为研究PR05型号6自由度关节型机器人的运动性能和轨迹规划,运用D-H建模方法对该机器人建立运动学方程,并基于其变换矩阵中元素的特性,提出一种6自由度机器人运动学逆解优化算法,该算法只需进行一次矩阵逆乘,从而使计算过程简化,而后分析了该机器人的奇异状态位置;在Matlab Robotics Toolbox环境下,对该机器人进行仿真建模,并对其运动学正逆解和关节空间轨迹进行实例仿真,得到了机器人各个关节的动力学参数仿真曲线和运动轨迹数据,验证了所建立的机器人运动学模型正确以及正逆解算法的有效性,表明了该机器人运动性能良好,轨迹曲线平滑无波动。     

7自由度串联机器人运动学分析

为了保证机器人运动角度精确,以此研究7自由度串联机器人的运动学特性,对其进行正向运动学和逆向运动学的分析。首先,通过旋量理论方法建立该7自由度串联机器人的正向运动学方程。其次,在应用旋量理论得到正向运动学方程的基础上,通过将几何法和位姿分离法两种方法结合用来求解机器人的逆解。最后,将结果在Adams/MATLAB联合仿真进行验证,求解逆解方法的正确性,经过仿真得到运动学角度函数变化曲线以及关节角度变化值,与理论所得到的角度值进行比较分析,结果验证了该方法的有效性和正确性,表明该方法具有精度高、运算量小的特点。     

脐橙采摘机器人运动分析与研究

农业采摘机器人是21世纪精准农业的重要装备之一,采用仿真模拟机器人运动,合理规划机器人的运动轨迹成为采摘机器人行业发展的方向。采用D-H方法分析三自由度脐橙采摘机器人的变换矩阵,得到三自由度脐橙采摘机器人执行末端位移。采用微分变换的方法求解三自由度脐橙采摘机器人的雅克比矩阵,得到执行末端线速度和角速度。基于Mat-lab中M语言自编程建立其运动模型,对其运动轨迹及速度进行仿真。通过对脐橙采摘机器人的构造原理分析,为脐橙采摘机器人的调试和实际操作提供仿真模型。     

桥梁检测机器人运动分析与运动规划研究

针对桥梁检测机器人对于高墩、高厚度桥梁不同部位的便捷检测需求,开展五自由度桥检机器人运动分析与运动规划研究。采用改进型D-H方法进行正向运动学建模,通过解析方法求解两种形式的运动学逆解,推导雅可比矩阵,分析机器人的奇异位型;通过蒙特卡洛方法得到机器人工作空间,确定工作空间可覆盖待检测区域;由连杆力与力矩平衡方程推导各关节受力关系,基于关节负载能力开展运动规划研究。仿真分析结果证明了方法的可行性,说明机器人能够完成预定的工作任务需求。     

基于最优初始位形的冗余度机器人可操作度优化

冗余度机器人的初始位形对关节轨迹规划有很大影响。提出了一种基于最优初始位形的机器人可操作度优化方法,在以可操作度为性能指标对机器人的关节轨迹进行规划时,如果以优化出的可操作度最优的位形为初始位形,就可以提高执行任务初期的可操作度。算例仿真结果表明,这种基于最优初始位形的机器人可操作度优化方法可以提高机器人在执行任务开始时的可操作度,免去初期的调整过程,使其在整个运动过程中一直处于灵活性很高的位形。     

薄壁高筋筒件的径向包络成形装备运动学分析

对径向包络成形装备的位置反解、奇异位形和工作空间等运动学进行分析。通过闭环矢量法建立六连杆三自由度并联机构的运动学模型,利用雅可比矩阵求解奇异位形,通过位置约束条件求解工作空间。揭示六连杆三自由度并联机构的运动学特性;建立驱动滑块位置和包络辊位姿之间的映射关系,得到驱动滑块的位移、速度和加速度表达式;得到并联机构的两种奇异位形;分析机构工作空间的影响因素和限制条件,求解了并联机构的工作空间。通过径向包络成形装备的运动学分析,表明了当前构型和运动参数的可行性,在运动平台转角γ最小时,并联机构可获得最大的移动工作空间。上述研究为径向包络成形装备运动控制提供了理论依据。     

基于心肺复苏用途的上肢外骨骼助力机器人仿真研究（英文）

针对心肺复苏助力用途,设计了一种新型的上肢外骨骼助力机器人。以D-H矩阵为基础建立了上肢外骨骼助力机器人的运动学方程,得到机器人末端点的位姿矩阵并验证,利用代数解法求得逆运动学。通过Matlab编程求解出上肢外骨骼助力机器人的可达工作空间。运用ADAMS对机器人进行了运动学和动力学仿真,证明了结构的合理性以及运动学的正确性,同时动力学仿真得到的各关节最大力矩为电机选型和后续的运动控制提供依据。     

具有弱耦合无奇异特征的空间移动并联机构及运动学分析

针对并联机构输入/输出强耦合、存在奇异位形,影响实时控制的问题,设计一种弱耦合、无奇异空间移动并联机构,机构由两条CRR拓扑结构支链和一条UPS支链组成。利用螺旋理论分析了支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算了机构自由度。选取支链驱动副,锁住驱动副得到约束螺旋,通过约束螺旋是否满秩证明机构输入选取合理。建立机构输入、输出位置关系方程,得到了部分解耦的正、逆位置解析解;对位置关系求导得到机构的输入、输出的速度关系和雅克比矩阵。计算速度雅克比矩阵行列式,发现机构在正常运动条件下不存在奇异位形。根据机构结构参数,计算机构中心点的工作空间,可达区域连续且无空洞。利用五次多项式对动平台中心点进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律。研究结果为机构动力学分析和实时控制提供理论基础。     

型交叉杆并联机床运动学分析

研究了一种特殊构型6 UPS并联机床的运动学。根据机床实物建立虚拟样机模型,并用李群李代数理论对其位姿变换进行描述;采用旋量理论对该机床的自由度进行了分析;在运动学反解的基础上,求解了其工作空间形状,描述了其可加工几何范围;在运动学模型的基础上,采用四元素法和广义逆对其位置正解进行了研究,得到唯一正解;通过虚拟样机仿真,分析了该机床的位置正反解过程、速度雅克比矩阵、电机驱动函数以及几何约束条件等,为进一步研究其运动性能和运动控制提供了参考。     

BJ-04-02(A)型交叉杆并联机床运动学分析

研究了一种特殊构型6-UPS并联机床的运动学。根据机床实物建立虚拟样机模型,并用李群李代数理论对其位姿变换进行描述;采用旋量理论对该机床的自由度进行了分析;在运动学反解的基础上,求解了其工作空间形状,描述了其可加工几何范围;在运动学模型的基础上,采用四元素法和广义逆对其位置正解进行了研究,得到唯一正解;通过虚拟样机仿真,分析了该机床的位置正反解过程、速度雅克比矩阵、电机驱动函数以及几何约束条件等,为进一步研究其运动性能和运动控制提供了参考。     

基于心肺复苏用途的上肢外骨骼助力机器人仿真研究

针对心肺复苏助力用途,设计了一种新型的上肢外骨骼助力机器人.以D-H矩阵为基础建立了上肢外骨骼助力机器人的运动学方程,得到机器人末端点的位姿矩阵并验证,利用代数解法求得逆运动学.通过Matlab编程求解出上肢外骨骼助力机器人的可达工作空间.运用ADAMS对机器人进行了运动学和动力学仿真,证明了结构的合理性以及运动学的正确性,同时动力学仿真得到的各关节最大力矩为电机选型和后续的运动控制提供依据.     

六自由度机器人离线编程系统的运动学研究

针对KUKA-KR210机器人,从离线编程系统开发的角度对其进行运动学分析。通过D-H方法建立机器人坐标系,给出机器人末端执行器的齐次矩阵,确定末端执行器位置与姿态;推导了KUKA-KR210机器人逆运动学解析解;分析其工作空间内的奇异问题并从逆解的角度对可达性进行判断,基于此给出逆解多重解的最优选择算法。最后通过仿真实验验证了离线编程系统运动学算法的正确性,为机器人的离线编程系统的研究与开发提供参考。     

石材雕刻机械臂运动学性能的分析与优化北大核心

石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂,其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型,通过旋量理论中的指数乘积公式计算石材雕刻机械臂正运动学解和逆运动学解;基于雅克比矩阵的条件数,提出可以定量描述石材雕刻机械臂运动性能的指标(灵巧度),并进一步研究灵巧度在关节空间坐标和操作空间坐标下的变化规律;基于Dijkstra优化理论,在石材雕刻机械臂的可达工作区内给出机械臂运动性能最优的工作空间。结果表明:当石材雕刻机械臂在最优工作空间中移动时,其关节角加速度的波动会大幅减小。研究成果可为石材雕刻机械臂加工位置的布局提供参考。     

6自由度3P3R温室服务机械臂运动学分析

应用Lie群知识和旋量理论等现代数学工具,描述了机械臂的刚体运动及传递关系。通过指数积公式与关节旋量建立了串联构型机械臂的运动学模型,分析了运动学正解与逆解,并以某型6自由度3P3R温室服务机械臂为例,对运动学算法进行了验证。基于旋量与指数积的运动学算法与D-H参数法等效,但相比之下,几何与物理意义明确,计算过程更简单且无奇异性,更适合机械臂运动控制系统设计需要。