基于人体工程学的拟人机械臂构型综合及研究

以人体工程学为基础,对人体上肢进行运动机理分析和结构分析,结合人体解剖学和机器人学,构建12种不同的7自由度串联拟人机械臂构型。应用D-H法对筛选出的机械臂构型建立关节坐标系并确定杆系参数,建立机器人运动学模型,用Robotics Toolbox工具箱对机械臂正运动学进行仿真,对关节空间的运动轨迹进行规划,从而验证机械臂结构模型设计的合理性,为后续实现机器人动力学分析、轨迹规划和运动控制奠定了基础。     

工业码垛机器人运动学与轨迹插值算法研究

针对码垛机器人运动控制和实际应用问题,对码垛机器人运动学与轨迹插值进行了深入的研究。首先利用码垛机器人平行四边形结构特点,建立了连杆相互之间的坐标系,进行了正运动学描述。其次利用了位姿分离法简化了运动学方程,同时使用牛顿迭代法解决了运动学反解的问题。再次,对四自由度码垛机器人进行了数据采集分析,验证了牛顿迭代法解决运动学的正确性。最后,讨论了散乱节点插值算法在机器人轨迹规划中的应用,利用该算法对机器人路径轨迹进行插值以使得机器人运动轨迹更为平滑。实验结果表明,牛顿迭代运动学算法和散乱点插值算法具有很好的鲁棒性,对于机器人的精确运动和动力学控制有着重要的意义。     

2自由度手臂康复机器人运动学及动力学分析

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。     

机器人的运动轨迹研究与仿真

为研究六自由度机器人的运动学问题,以MZ07六自由度机器人为研究对象,应用D-H法对机器人建立关节坐标系并确定杆件参数,从而建立机器人的运动学模型。在MATLAB环境中,对机器人进行正、逆运动求解,在关节空间里,通过多项式插值对各个关节进行轨迹规划,并完成各关节的角度位置、角速度和角加速度的变化轨迹图像。通过仿真结果,可以得到多项式插值可以使机器人各个关节运动时位置、速度以及加速度的变化情况,且变化曲线光滑、连续,并在MATLAB三维图中直观看到机器人手臂的位姿状态,从而验证了机器人结构参数的正确性,以及多项式插值能够保证达到期望轨迹。同时MATLAB仿真为机器人的运动学问题、结构设计等方面提供了研究平台。     

基于粒子群算法的工业机器人多目标最优轨迹规划

轨迹规划是机器人运动控制的基础,考虑以时间、能耗和脉动三方面为多目标最优,对工业机器人AUBO-i10的轨迹规划问题进行研究。基于D-H法建立机器人正运动学方程,并仿真验证正运动学方程的正确性,同时利用蒙特卡洛法对机器人工作空间仿真分析。针对运行时间、能量消耗和轨迹脉动多目标综合最优问题,根据五次多项式插值方法,在保证运动学约束下,提出多目标粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对机械臂轨迹规划进行优化,并进行仿真分析。仿真结果表明,提出的五次多项式插值方法在准确地构造平滑轨迹的同时,又能通过粒子群算法完成运动学约束下的多目标优化,得到理想的Pareto分布。最后,构造目标函数,获得符合要求的优化轨迹,解决了运行时间过长,能量消耗过多和脉动冲击过大的问题,从而保证机器人高效运动。     

一种新型板材安装机器人的空间直线轨迹规划

针对自主研发的建筑板材安装机器人进行了空间直线轨迹规划的研究。对该机器人进行了运动学分析,并在关节空间中运用模拟CP控制方法配合五次多项式插值进行轨迹规划,从而保证了在运动控制中各关节运动的实时同步性和速度连续性。借助Matlab机器人工具箱和Labview编程软件进行了仿真与实验,完成了对机器人末端空间直线轨迹规划的任务。     

五自由度关节式机械臂运动学分析与仿真

由于服务机器人机械手臂具备五自由度,空间自由运动柔性高和刚度强,被广泛应用娱乐服务。针对家用娱乐机器人的手臂运动问题,利用各关节的相对关系得到了运动学描述。首先,定义了初始零位,同时利用MDH法建立了连杆坐标系。其次从正、反运动学建模两个方面对娱乐机器人手臂进行了运动学描述。再次,利用MATLAB数学工具箱验证了正、逆运动学求解工程的正确性。最后,利用Open GL与VS软件程序实现对手臂进行了仿真实验。仿真结果表明,该虚拟场景能够反应出拟人手臂在三维视景中真实运动情况。     

六自由度吊机吊装路径优化分析

针对某六自由度吊机吊装轨迹规划问题,采用一种时间最优和能量最省相结合为目标的轨迹规划方法。利用DH算法建立某型机械吊机的运动学模型,建立其正运动学和逆运动学方程。为解决吊机在静态环境下点到点的轨迹规划问题,应用基于粒子群算法的五段三次多项式插值轨迹规划算法对关节轨迹进行时间和能量优化求解得到最优路径。最后,对此模型进行了数值仿真。仿真结果表明关节轨迹平滑连续,保证了边界条件,验证了所提方法的有效性。     

串联抓取机械臂运动轨迹规划算法研究

首先根据现有的小型六自由度串联机械臂完成D-H参数表,建立机械臂的数学模型,进行机械臂运动学求解.再根据机械臂在抓取目标物体时,末端执行机构的位置和姿态,运用Matlab中的Robotics Toolbox工具箱进行逆运动学求解,得到各关节角的角度。接着在增加障碍物的约束条件下,运用A~*搜寻算法,规划出抓取目标物的运动轨迹。之后应用拉格朗日插值法将运动轨迹上的运动点,通过插值的方法优化,进一步优化A~*算法规划出的运动轨迹。最后通过实验验证,达到了预期的结果,从而验证了在A~*算法的基础上运用拉格朗日插值法,在机械臂轨迹规划上应用的可行性和合理性。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。