受限柔性机器人臂的动力学分析

针对柔性机器人臂操作受作业环境约束的刚性负载，建立了系统的动力学模型。根据物体与作业环境的约束关系。推导出系统的正动力学模型。以期望的被操作物体的轨迹和物体与环境的作用力为边界条件，推导出系统的逆动力学模型，由此所求出的柔性机器人臂的输出关节角和关节驱动力矩可使机器人臂操作物体准确地实现期望轨变和与环境的作用力，并就具有三柔性杆机器人臂操作刚性负载进行了仿真，验证了方法的有效性。     

柔性机器人协调操作的动力学建模与分析

基于绝对坐标建立了柔性臂机器人协调操作的动力学模型。由此推导出协调操作的正动力学模型。令被操作物体质心的实际位置,而不是名义刚性位置为边界条件并且满足期望轨迹,由提出的载荷分配方法,建立了柔性臂机器人协调操作的逆动力学模型。由此逆动力学模型求出的关节输入值可使机器人操作物体准确地实现期望轨迹。借助逆动力学模型,通过规划载荷分配系数,可以获得各机器人的最优载荷分配比例和系统的最大承载能力。仿真结果验证了本方法的正确性和有效性。     

柔性机器人协调操作的动力学建模和轨迹跟踪

首次基于绝对坐标 ,建立了具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载的动力学模型。由此推导出了协调操作的正动力学模型。由提出的载荷分配方法 ,以被操作物体质心的实际位置而不是名义刚性位置跟踪期望轨迹 ,建立了柔性机器人协调操作的逆动力学模型。此方法可使机器人非常准确地实现期望轨迹。文中就两个具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载为例 ,验证了本方法的有效性     

机械臂操作受限柔性负载的动力学建模及仿真

针对机械臂操作受作业环境约束柔性负载,约束力、负载变形不易控制等问题,基于变形旋量理论,结合拉格朗日方程建立了机械臂操作受限柔性负载系统的动力学模型。首先,将系统分解为刚性机械臂与柔性负载两个子系统,分别建立了其动力学方程。然后,根据柔性负载与环境约束力及机械臂末端执行器的约束关系,推导了系统的运动方程。在给定机械臂的运行状态及环境约束力或给定机械臂各关节驱动力矩及负载末端的期望轨迹的情况下,分别推导了系统的逆动力学模型与正动力学模型。最后,通过三自由度(DOF)机械臂操作受限柔性梁进行了仿真,验证了该方法的有效性,并对系统的动力学特性进行了分析。     

柔性机器人臂协调操作的协调性

针对具有柔性臂和柔性关节的机器人协调操作刚性负荷，由载荷分配法分配载荷，以物体实际的质心位置为边界条件并且等于期望的轨迹，建立了具有柔性臂和柔性关节的机器人臂协调操作的逆动力学模型。这种基于绝对坐标的逆动力学模型可使各协调机器人保持很好的协调，并且较准确地实现期望轨迹。通过与通常的方法相比，分析了影响机器人协调操作的协调性的因素，实例验证了有效性。     

柔性机器人协调操作的冗余驱动

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载时,其逆动力学问题存在冗余驱动这种情况,提出了一种载荷分配方法。将这种分配方法与基于绝对坐标并以期望轨迹为实际边界条件的逆动力学模型相结合,可以有效地解决冗余驱动问题。文中就两个具有柔性关节和柔性臂的３Ｒ机器人协调操作刚性负载为例,验证了本方法的有效性。     

基于绝对坐标的柔性机器人逆动力学建模和轨迹跟踪

采用了 Timoshenko梁理论和有限元法 ,由 L agrange方程建立了基于绝对坐标的柔性机器人逆动力学模型。由提出的非线性方程数值解法 ,求解出柔性机器人的输入关节角或驱动力矩 ,以此作为输入参量 ,可使机器人能够非常准确地跟踪末端轨迹。文中就三柔性臂机器人进行了仿真 ,验证了本方法的有效性     

柔性机器人轨迹跟踪的逆动力学分析

基于绝对坐标,以期望轨迹而不是名义刚性位置作为机器人末端点的边界条件,建立了具有柔性关节和柔性杆的机器人的逆动力学模型,此方法可使柔性机器人非常准确地跟踪期望轨迹。最后,提出了求解此类非线性方程的数值算法。通过对３Ｒ机器人进行仿真,表明本方法优于通常的方法。     

漂浮基柔性关节-柔性臂空间机器人运动非线性滑模控制及双重弹性振动主动抑制

讨论了漂浮基柔性关节-柔性臂空间机器人系统的动力学建模过程、运动控制律设计及关节和臂双重弹性振动的抑制问题。利用动量、动量矩守恒关系和拉格朗日-假设模态法对系统进行动力学分析,并建立系统动力学方程。基于奇异摄动法,将系统分解为三个相互独立的子系统：仅表示系统刚性运动的“刚性关节-刚性臂”慢变子系统、仅表示柔性关节引起的系统弹性振动的“柔性关节-刚性臂”快变子系统和仅表示柔性臂引起的系统弹性振动的“刚性关节-柔性臂”快变子系统。分别针对三个子系统设计适当的控制律,其中非线性滑模控制方法用来实现空间机器人期望运动轨迹的渐近跟踪,速度差值反馈控制器用来抑制柔性关节引起的系统弹性振动,线性二次型最优控制器用来抑制柔性臂引起的系统弹性振动。因此,系统的总控制律为三个子系统的控制律组成的混合控制律。仿真实验证明所提出的混合控制律能够保证系统的控制精度,且能够有效地抑制柔性关节和柔性臂引起的系统弹性振动。     

柔性臂机器人协调操作的内力分析

针对柔性臂机器人协调操作刚性负载这种情况,提出了一种无内力载荷分配法。将此方法和基于绝对坐标并以被操作物体质心的实际位置而不是名义刚性益为边界条件的递动力学模型相结合,可使协调机器人之间具有较小的内力。同时较准确地实现期望轨迹。对两个三柔性臂机器人协调操作刚性负载进行了仿真,验证了本方法的有效性。     

机器人捕捉运动目标的时间最优控制方法

对机器人的运动目标捕捉过程进行了研究,提出了用Ak im a样条函数对运动学求逆后的目标轨迹进行平滑的方法,使得轨迹在关节坐标系下得到解耦。通过模糊Bang-Bang控制机器人,使末端以时间最优的方式接近运动目标。当机器人关节位置与期望位置小于给定阈值时,采用带积分的模糊随动控制,使得每个关节相对独立地到达期望位置,并最终实现运动目标捕捉任务。结果表明,该方法简单有效,可快速稳定地实现运动目标捕捉任务。     

基于Matlab的机器人轨迹仿真及关节控制

首先根据标准D-H参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系,推导出运动学正解和逆解的方程,然后在Matlab中搭建了机器人仿真模型。运用Matlab机器人工具箱分别从关节空间和笛卡尔空间两方面进行机器人轨迹规划仿真,并基于关节空间生成的轨迹数据实现了机器人关节硬件在环控制和轨迹实时跟随。实验结果表明,该模型可以准确地实现机器人关节轨迹控制,其为机器人控制开拓了新的道路。     

基于二分试探的平面冗余机械臂碰撞检测与避障

针对协作机械臂与未知环境安全交互问题,提出基于二分试探的平面冗余机械臂碰撞位置检测与虚拟碰撞空间估计方法,基本思想为碰撞臂杆绕选定二分点旋转微小角位移,期间根据关节电流信息判断是否发生进一步碰撞,从而确定碰撞位置所处二分区间,以此迭代试探缩小碰撞位置估计误差至可接受范围。建立冗余机械臂碰撞臂杆以选定二分点为不动点的逆运动学模型,解决机械臂二分试探运动控制问题;通过简化改进二阶前馈外力观测器,建立基于关节电流的快速碰撞检测算法;根据碰撞位置与碰撞臂杆位姿信息,建立基于包络法的虚拟碰撞空间模型,以近似表征障碍物空间信息。仿真与实验结果表明,所提出的基于二分试探的碰撞位置检测与虚拟碰撞空间估计方法,可为主从任务转化闭环控制避障算法提供有效的障碍物信息,实现平面冗余机械臂安全避障,提高协作机械臂与环境交互安全性。     

Complete dynamic modeling and approximate state space equations of the flexible link manipulator

This work treats the problem of dynamic modeling and state space approximation for robotic manipulators with flexibility. Case studies are planar manipulators with a single flexible link together with clamped-free ends and tip mass conditions. In this paper, complete dynamic modeling of the flexible beam without premature linearization in the formulation of the dynamics equations is developed, whereby this model is capable of reproducing nonlinear dynamic effects, such as the beam stiffening due to the centrifugal and the Coriolis forces induced by rotation of the joints, giving it the capability to predict reliable dynamic behavior. On the other hand, in order to show the joint flexibility effects on the model dynamic behaviors, manipulator with structural and joint flexibility is considered. Thus, a reliable model for flexible beam is then presented. The model is founded on two basic assumptions: inextensibility of the neutral fiber and moderate rotations of the cross sections in order to account for the foreshortening of the beam due to bending. To achieve flexible manipulator control, the standard form of state space equations for a flexible manipulator system (flexible link and actuator) is very important. In this study, finite difference method for discretization of the dynamic equations is used and the state space equations of the flexible link with tip mass considering complete dynamic of the system are obtained. Simulation results indicated substantial improvements on dynamic behavior and it is shown that the joint flexibility has a considerable effect on the dynamic behavior of rotating flexible arm that should not be simply neglected. The effects of tip mass is proved to be increasing the elastic deformations?? amplitudes and increasing stability.     

Dynamic optimization of robot arm based on flexible multi-body model

This paper examines the effect mechanism of torsional stiffness on flexible joints and the dynamic optimization of a six Degree-of-freedom industrial robot arm. The design optimization of the robot arm is investigated based on the rotor-torsional spring model and finite element method. The flexible multi-body dynamic model of the robot arm are established by considering the flexible characteristics of arms and joints, and the natural frequencies of a robot arm are calculated to obtain the torsional stiffness of the flexible joints. Natural frequency results gradually increased with joint stiffness improvement. Using the established dynamic model, the topology optimization on the robot arm is carried out by regarding lightweight as design goal and total displacement as constraints. The tare-load ratio and dynamic performance of the optimized robot arm are significantly enhanced compared with the original design model. This research can provide the theoretical basis for the dynamic optimization and upgrade of lightweight robot arm.     

移动式工业机器人动力学分析

移动式工业机器人操作臂是一个复杂的动力学系统，它通常由6个连杆和6个关节组成，具有多个输入和输出，存在着错综复杂的非线性耦合关系。从构造操作臂的雅可比矩阵人手，由系统功能出发，建立了机器人动力学方程，分析了动力学正反两个方面问题。