机器人力觉示教的力控制及仿真分析

针对机器人传统示教方式逐渐无法满足复杂工业生产需求的现状,提出了一种基于六维力传感器的机器人力觉示教,并介绍了其系统组成。结合一些经典力控制方法及力觉示教实际,对机器人力觉示教的力控制系统展开研究,提出了基于速度的主动柔顺控制策略,从理论上建立了机器人力觉示教时末端工具受力和力矩的运动控制算法。通过Adams仿真软件,对机器人的力觉示教运动进行了仿真分析,最终结果表明该控制算法能够有效地实现机器人力觉示教控制,使力觉示教更加主动灵活,更好地满足复杂工业生产的工艺要求。     

面向直接示教的机器人零力控制

提出基于力矩控制的零力控制方法应用于机器人直接示教。针对机器人连杆重力矩和关节摩擦力矩难以直接建模计算,分析机器人关节力矩与连杆自重、关节位姿、负载大小、库仑摩擦力、黏滞摩擦力等因素的关系,提出基于自测量的重力矩及摩擦力矩计算方案,并给出重力矩、摩擦力矩求解所需参数的具体测量方案。在自行研制的直流电动机驱动机器人样机上验证所研究补偿算法,力矩补偿效果明显。与现有基于位置控制的零力控制方法相比,该方法无需多维力传感器,系统简洁、成本低、示教灵活,为各类运动轨迹复杂的机器人示教开辟了新途径。     

六自由度搬运机器人动力学分析及仿真

针对模块化六自由度轻载搬运机器人的结构特点,利用Solid Works三维设计软件绘制了机器人的三维模型。采用拉格朗日法建立了机器人的动力学模型并进行动力学分析。基于ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型并进行动力学仿真,得到了转动关节的力矩曲线。基于MATLAB软件对动力学方程进行了数值分析并绘制力矩曲线,其理论分析结果与ADAMS的仿真结果一致,验证了理论计算的正确性和机械结构设计的合理性,为继续优化机器人结构设计和控制系统设计奠定了基础。     

直接示教机器人全数字控制系统设计

针对机器人示教盒示教效率低、操作烦琐这一现状,提出一种基于力矩控制的直接示教方法。通过实时计算并补偿机械臂自重和摩擦力所产生的关节力矩,使得对机械臂的示教更为灵活、轻便。为降低机器人系统的成本,设计了适用于以直流伺服电机作为关节电机的,集控制和驱动为一体的机器人全数字控制器,并进行了样机试验,验证了本方案的有效性。     

SCARA机器人高斯过程动力学建模研究

实现机器人的精确控制需要将机器人动力学模型加入控制律中,但是动力学建模过程中引入的测量误差以及摩擦力、驱动器动力学特性等非线性因素会引起较大的建模误差,从而影响机器人的控制精度。针对这个问题,以SCARA机器人为研究对象,采用高斯过程回归方法,直接通过SCARA机器人的输入与输出量对其逆向动力学模型进行估计。并将估计模型用于机器人的计算力矩控制。通过ADAMS和Simulink联合仿真的方式,对基于回归预测模型的计算力矩控制与采用解析模型的计算力矩控制进行了仿真对比实验,结果表明基于高斯过程回归模型的计算力矩控制有更好的位置跟踪效果。     

工业机器人动力学参数分步辨识与零力控制示教

针对复杂工况下,工业机器人直接示教柔顺性欠缺的问题,这里在传统零力控制算法中加入动力学惯性项补偿以降低示教过程的牵引力。首先,在综合考虑重力、关节摩擦和科氏力等因素的情况下,建立了一种6轴工业机器人线性动力学模型。针对该动力学模型参数辨识高维度、强非线性、多参数的特点,提出了一种分步辨识方法,此方法能有效地降低辨识方程系数矩阵维度,减少计算量。然后,根据辨识结果设计基于力矩控制的惯性项补偿零力控制器。最后,进行动力学参数辨识结果验证与直接示教实验。实验结果表明所提出的分步辨识方法结果较为精确;相比传统的零力控制算法,增加惯性项补偿的零力控制算法能使示教过程的牵引力幅值降低28.6%,显著改善示教过程的柔顺性。     

铣削机器人动力学建模及仿真研究

铣削机器人在铣削过程中的动力学状况对机器人在铣削过程中的运动及其稳定性具有较大影响。以6-DOF铣削机器人为研究对象,利用Creo三维软件建立机器人三维模型,获得建立机器人动力学模型的惯性参数;采用Newton-Euler递推法建立该机器人的动力学方程,并在MATLAB环境下对所建立的动力学方程进行编程,对机器人运动过程进行计算分析;利用ADAMS软件对建立的三维模型进行动力学仿真分析,通过比较MATLAB计算结果与ADAMS仿真分析结果,以验证动力学方程的准确性,为铣削过程中铣削机器人动力学状况研究提供理论基础。     

直接示教机器人的位姿优化算法研究与实现

直接示教型机器人具有示教方便、操作简单等特点,在喷涂、弧焊、抛光等任务轨迹复杂的机器人加工领域具有较高的应用价值。但由于人手在直接示教时存在抖动,若直接采用示教轨迹点进行再现,机器人在运动过程中往往会产生振动,从而影响加工质量,甚至缩短机器人的使用寿命。针对上述问题,提出了一种基于曲线拟合的机器人位姿优化算法,可对机器人的位姿轨迹进行平滑处理。首先对直接示教轨迹进行均匀重采样,分别利用B样条曲线和四元数曲线对采样点位置数据和姿态信息进行拟合,然后采用泰勒展开法对曲线进行插补,最后通过实验验证了该算法的有效性,并将该算法应用于自行研制的六关节直接示教喷涂机器人,实验结果表明有效减小了机器人再现时的振动。     

码垛机器人回转机构的动力学仿真

高速码垛机器人工作时,动态特性是必须要考虑的问题。以码垛机器人回转机构为研究对象,建立回转机构的动力学方程,并在MATLAB/SIMULINK软件中建立相应的数学模型。为保证仿真结果的准确性,在建立回转机构的动力学方程时,必须考虑刚性、阻尼和惯量对回转运动的动态特性的影响。在ADAMS软件中建立码垛机器人的虚拟样机模型,计算得到典型工况下机器人回转机构的负载力矩曲线,并以负载力矩曲线和伺服电动机角速度曲线为输入信号,在MATLAB软件中对回转机构进行动力学仿真。仿真结果表明:回转机构的刚度、阻尼和惯量对回转运动影响的最大值为0.11°,回转机构具有较好的动态特性。     

基于ADAMS的管道检测机器人动力学分析及仿真

针对管道检测机器人结构和运动特点,以及机器人在管道中行走方式选择,以管道检测机器人在管道中力和力矩动态平衡为理论基础,提出了一种求解四驱管道机器人的动力学理论算法,此动力学理论方法可以很好的解决管道检测机器人在运动过程中力平衡计算问题,基于ADAMS仿真软件建立了机器人虚拟样机模型,通过添加约束、设置驱动参数,建立相应的虚拟仿真环境,对管道检测机器人驱动轮的速度、加速度和驱动力矩曲线进行测量、分析和评估,验证理论计算的合理性,为管道检测机器人运动控制系统的拟定提供了重要的理论依据。     

基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法与仿真

针对移动操作自由度冗余搬运机器人伤员搬运运动的安全性、稳定性要求,提出基于动力学的运动规划与控制方法。采用改进D-H方法建立搬运机器人正逆运动学模型;采用拉格朗日法建立机器人动力学模型;基于零力矩点（ZMP—the Zero-Moment Point）方法建立机器人稳定性评估模型;采用S形曲线方法规划机器人末端运动;通过优化稳定性求解机器人运动学逆解;采用滤波方法拟合关节运动曲线实现关节平稳运动;仿真验证了基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法的有效性。     

一类机器人的示教奇异位形预测

针对机器人工业控制中遇到的奇异点问题,以UR10机器人末端轨迹为研究对象,在构建机器人运动学模型的基础上,考虑限位,可行空间等制约因素,建立了示教轨迹模型,并根据其示教运动问题特征,设计了一类奇异位形预测算法。通过MATLAB进行仿真验证,并在ROS平台实现实时预测、控制验证,结果表明,该方法在提前预知轨迹经过奇异点的有效性,改进了示教调试过程中因奇异性,不可达等问题导致的停机。     

机器人示教臂系统的示教实现

提出了基于轻质无驱动机械臂人工拖动的直接示教方式。根据DH变换法建立了示教臂与被示教机器人运动学关系。针对逆运动学多解问题,以位形选择方式,实现示教臂和机器人的位置映射,从而实现了示教臂与机器人的示教-再现过程,并说明了有奇异路径的示教方法。对具体任务进行仿真验证了方法的有效性。     

新型三平移并联机器人动力学优化仿真研究

用ADAMS2007建立了一种新型3RRC型并联机器人机构的参数化运动模型，并对该并联机器人机构进行了初步的位置、运动学、动力学分析，获得了有关运动学及动力学特性曲线，还通过Madab软件计算、分析、比较，验证了用ADAMS软件进行动力学仿真分析的可靠性，最后对该模型进行了动力学优化设计，为新型三平移并联机器人机构的应用打下基础。     

助力型外骨骼行走模式下多关节动力分配仿真分析

助力型外骨骼是一种人机高度结合的复杂机械结构。为了研究外骨骼在行走模式下负重50 kg时各关节所需驱动力矩以及功率变化规律,本文以西南交通大学第三代助力型外骨骼为研究对象,建立外骨骼模型,运用拉格朗日方程对外骨骼进行动力学分析。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过姿态传感器对人体行走过程中关节角的变化规律进行了测量与分析,并将其作为驱动函数对ADAMS环境中的外骨骼虚拟样机进行动力学仿真,得出各关节驱动力矩变化曲线,并拟合出各关节功率曲线。所得结果增加了人机携行性以及结果的可靠性,为助力型外骨骼的驱动控制提供了参考依据。     

管道机器人清淤装置设计与动力特性研究

为疏通城市排污管道,设计一种新型管道清淤机器人,为证明其清淤作业的稳定性和可行性,对清淤装置进行了动力学特性研究。建立该管道机器人三维模型,对其清淤装置进行原理分析; 对清淤盘模型进行运动学建模与仿真,并将MATLAB运动仿真曲线与ADAMS运动仿真曲线进行拟合,验证运动方程的正确性; 建立清淤盘动力学数学模型,并基于ADAMS 软件进行仿真,研究动力学正、逆问题,得到扇形盘的运动曲线和受力曲线。结果表明,运动方式和运动规律满足清淤方式为刮削—搅拌—过滤—推进—四位一体的清淤作业要求,动态性能稳定。     

上海Ⅱ号工业机器人动力学建模及关节力矩特性仿真

本文用Ｌａｇｒａｎｇｅ—Ｅｕｌｅｒ方法建立了上海Ⅱ号工业机器人动力学模型，对机器人在关节坐标空间内作轨迹规划运动时的各关节力矩特性进行了仿真，。绘制出了各关节力矩变化曲线，为机器人的动态特性分析和机器人控制提供了可靠的依据。本文的动力学计算和仿真均在ＡＰＯＬＬＯＣＡＤ工作站上用Ｃ语言实现。     

电液驱动六足机器人三维空间力学分析

建立了六足机器人的腿部机构三维空间模型,对其关节液压缸设计优化问题进行了讨论。接着进一步建立了腿部机构力学模型,通过对静力学分析得到了机器人稳定状态时各关节的输出力矩特性,同时采用拉格朗日方法对机器人单腿机构进行了动力学分析,得到了单腿结构在运动过程中各关节的输出力矩特性。最后根据动力学分析结果用ADAMS软件对单腿机构进行了足端轨迹和腿部位姿仿真,仿真结果验证了腿部结构的运动平稳性,为后续研究工作提供了理论支撑。     

基于ADAMS的多机器人协同焊接相贯线运动学动力学分析

以松下TA1400型六轴工业机器人为研究对象,在ADAMS中建立多机器人协调运动仿真环境。通过设计绘制双贯线的辅助机构,仿真动作设计及仿真脚本编写,对三台机器人协同焊接双贯线进行动力学分析,求取各机器人各关节所需驱动力矩并测量角位移、角速度、角加速度曲线。经与采用末端牵引机器人运动测量的角位移、角速度、角加速度曲线比对分析,验证动力学分析正确性。     

基于ADAMS的步行机器人MiniQuad-Ⅱ机体载荷质量变化对驱动力矩的影响研究

通过在SolidWorks软件中建立四足步行机器人MiniQuad-Ⅱ的三维实体模型,采用ADAMS进行运动学、动力学仿真。在对相关过程进行描述的基础上,以MiniQuad-Ⅱ运行直线步态为例,利用ADAMS对该机器人在运行过程中的力学特性进行了分析。探讨了增减机器人机体载荷质量时对机器人驱动力矩影响。该分析结果可以作为扩展机器人用途、优化机器人结构、确定机器人动力参数的依据。该文的方法与思路对解决同类问题有一定的参考意义。