基于摆缸关节的液压机械臂运动学及工作空间分析

针对传统机械臂输出转矩较小的问题,设计了基于叶片式液压摆动油缸(摆缸)作为关节的6自由度液压机械臂,该液压机械臂具有诸多优势,其最大的优点是具有很高的负重比。运用改进的D-H法建立了该液压机械臂的运动学模型,得出其正运动学方程。在MATLAB中进行了液压机械臂的轨迹规划仿真,得到了各关节转角的特性曲线,验证了液压机械臂结构设计的合理性。利用蒙特卡洛法分析计算了其工作空间,借助MATLAB绘制了其末端执行器的工作空间云图,为今后液压机械臂的深入研究提供了重要依据。     

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。     

挖掘机工作装置运动学建模与仿真

以液压挖掘机的工作装置为目标,分析运动学三种状态空间变量间的关系,在MATLAB/Simulink仿真环境下对系统进行运动学建模与仿真.通过给定铲斗末端轨迹,求解分析同转马达、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸的位移变化关系以及给定执行器位移变化图求解末端轨迹,验证了运动学模型的正确性.基于正运动学分析和装置工作原理,实现了...     

混凝土液压拆除机械臂运动学分析与研究

混凝土液压拆除机械臂运动学分析是混凝土液压拆除机器人运动及控制器设计的重要组成部分。将混凝土液压拆除机械臂作为研究对象,通过D-H法则建立机械臂连接杆坐标系,并完成机械臂的运动学分析。运用ADAMS对模型进行运动学仿真分析,获得了机械臂的运动包络图,测量了机械臂喷枪末端的位移、速度及加速度曲线,验证了理论分析的正确性。结合理论分析与仿真,分析实际使用中机械臂喷枪末端的姿态和运动情况,为末端机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

焊接机器人内载多关节机械臂的设计

焊接机器人在工业和制造业等行业得到了广泛应用,但由于其自身的机械结构是通过焊接或串联等形式设计,使得其整体的刚性无法充分满足焊接机器人在高强度工作中长时间运行。为解决该问题,文中先是通过对机械臂的设计原理和性能方面进行了分析,然后从焊接工艺、机械臂构型以及臂杆尺寸参数等方面展开相应的讨论。最后,结合动密封完成对机械臂电机设计,并在保证机械臂构件的强度和刚度基础上,实现对多关节机械臂的运动学、误差建模分析,利用多关节补偿法对其拟定的误差进行了相应修正,以此完成了焊接机器人的内载多关节机械臂设计,证明了该机械臂设计的可行性。     

重箱转载机械臂的运动学建模与仿真

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,建立了机械臂的正运动学数学模型及仿真模型,并对模型进行了数值验证。在此基础上,应用MATLAB/Robotics工具箱进行了运动学仿真,结果表明:该机械臂结构参数设计的合理性,各关节在运动过程中并无冲击、骤变等现象。     

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。     

一种多关节轻量化离散驱动机械臂的设计与研究

基于单马达驱动技术设计了一种5自由度的多关节轻量化离散驱动机械臂,机械臂各个关节采用离合器进行控制,多个关节共用一个驱动电机。针对机械臂特殊的传动链结构所造成的关节运动耦合特性,进行分析并提出了补偿措施。为研究机械臂的振动特性,利用ANSYS仿真软件对机械臂进行了模态分析,仿真结果表明机械臂激励频率远离其固有频率。通过对机械臂进行运动学正反解,并利用MATLAB进行仿真分析得到该机械臂能够通过关节联动的方式实现复杂运动轨迹。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

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。     

可变刚度液压机械臂的设计与仿真

为提高机械臂的负载能力和安全性,设计了一种承载能力大、刚度可变的液压机械臂。首先介绍了液压关节的转角自伺服原理及变刚度自适应机制,结合液压转角自伺服关节和变刚度液压被动随动关节完成了机械臂的结构设计。然后运用蒙特卡洛方法求解了该机械臂工作空间,证明其符合正常使用要求。最后基于ADAMS对可变刚度液压机械臂进行了动力学仿真,仿真结果表明该机械臂在低刚度状态下的碰撞力相较于刚性机械臂降低了约60%,为后续的结构优化与精度控制提供了重要理论基础。     

基于改进PSO算法的时间最优机械臂轨迹规划北大核心

针对传统机械臂轨迹规划存在效率低、智能算法易早熟和运行不稳定等问题,提出了一种以时间最优为目标,采用改进粒子群算法(PSO)对6自由度机械臂轨迹进行优化的方法。首先,在关节空间下利用机械臂正逆运动学原理获取其轨迹插值点;其次,为了使机械臂能够快速平稳地到达目标位置,采用3-5-3多项式对其轨迹进行插值;最后,使用改进PSO算法对分段多项式插值构造的轨迹进行优化,实现6自由度机械臂时间最优的轨迹规划。通过MATLAB仿真实验可以得到机械臂各个关节的加速度、速度和位置的轨迹信息,在满足机械臂运动学约束的前提下,机械臂完成整段轨迹所用的时间从3 s减少到2.1 s,整体运行时间相对于PSO算法优化前缩短了近30%,由此表明改进PSO算法可以有效地实现6自由度机械臂时间最优的轨迹规划。     

五自由度小型示教机械臂设计

设计了一种五自由度的机械臂,为了解决运动学分析结果不易验证以及在实际本体上实验成本较高的问题,制作了一套简易五自由度小型示教机械臂模型。通过D-H法对机械臂运动学进行分析,然后在MATLAB上执行运动学仿真,运用蒙特卡罗法对示教机械臂的工作空间进行求解,仿真结果验证了预期设计目标。此外,对机械臂轨迹规划、运动仿真进行实验验证,实际结果与运动学分析的结果保持一致。     

一种三自由度机械臂的设计与分析

设计了一种通用型三自由度机械臂,该机械臂的3个转动自由度相互垂直。详细设计了各关节的传动方案,并建立了系统的三维模型。根据机械臂的结构特点,建立了机械臂的D-H坐标系,对其进行正运动学分析。最后利用蒙特卡洛法对该机械臂的工作空间进行分析,得到机械臂末段执行器的工作空间,仿真结果与机械臂的设计参数相符,为该机械臂的优化设计及逆运动学分析奠定了基础。     

一种机械臂时间-冲击轨迹的快速求解优化方法

针对NSGA-II算法优化机械臂轨迹耗费计算时间的问题,提出一种时间-冲击轨迹规划优化方法。采用均匀五次B样条函数在关节空间内构造插值曲线,在运动学约束的条件下,利用牛顿法对目标函数进行迭代求解。仿真结果表明:结合牛顿法与埃特金加速法对五次B样条函数插值轨迹规划的时间和冲击进行优化求解,寻优时间短,保证在运动学约束下产生较小的冲击以及缩短机械臂的运动时间,使得机械臂的运动控制性能得到提高。     

经颅磁六轴机械臂运动学分析与路径规划

目前，经颅磁治疗仪治疗方式主要以人工为主，时间强度大、成本高，严重制约着国内经颅磁产业的发展。为此，根据GB 2428—1998《成年人头面部尺寸》，设计一款智能经颅磁六轴机械臂，可以代替人工手持工作，特点是工作强度高、治疗时间安排灵活。机械臂整体建模采用SolidWorks三维软件，依据改进的D-H参数法，结合MATLAB软件中Robotics Toolbox工具箱，建立机械臂的运动学模型，推导机械臂正、逆运动学方程并求解。以此经颅磁六轴机械臂为研究对象，搭建半仿真试验平台对其进行蒙特卡罗法工作空间仿真和路径轨迹规划仿真。应用双向RRT算法产生无碰撞路径点，对生成的3段治疗轨迹运用多项式插值函数进行拟合。最后输出整个路径轨迹及各关节的角位移、角速度、角加速度等相关运动参数随时间变化的曲线。分析所得结果可知，该六轴机械臂可以满足经颅磁治疗仪高精度、高效灵活、平稳工作的要求。     

基于点云匹配的高铁车轮检测机械臂运动仿真研究

针对高铁车轮内部缺陷检测效率低、准确性差的问题,搭建一个六轴超声相控阵检测机械臂用于高铁车轮无损检测。对高铁车轮三维图进行点云提取和处理,保存为模板并提取目标扫描路径;然后利用Azure Kinect相机对高铁车轮进行了三维点云重建与模板点云匹配;最后在CoppeliaSim中建立检测机械臂的运动学模型,通过MATLAB和CoppeliaSim执行运动学仿真。结果表明：该运动学模型有效,各关节和末端执行器的控制效果良好,可以实现高铁车轮的自动化检测,并达到预期的轨迹,为检测机械臂控制问题的后续研究提供了实验基础和理论依据。     

基于MATLAB的仿人焊接机械手运动学分析和仿真

针对在狭小空间或密闭容器内以及危险作业环境中焊接的特殊要求,以UG软件为基础设计了一种仿人焊接机械手。采用D-H方法建立了焊接机械手的运动学方程,并讨论了该机械手的运动学问题。然后运用MATLAB软件对机械手的运动学进行了仿真,通过仿真观察到机械手各个关节的运动,并得到所需的数据,说明了所设计参数的合理性和运动算法的正确性,为焊接机械手的动力学、控制及轨迹规划的研究提供了可靠的依据。     

液压支架横焊缝焊接专机运动学建模与工艺仿真

研究了大型结构件非标焊接专机的虚拟示教实现问题。在CATIA中建立了液压支架横焊缝焊接专机的系统模型,分析了其运动链组成,建立了其运动学方程,并给出了解算方法和结果;在DELMIA中构建了其真实的虚拟专机,以液压支架焊接工艺为基础,进行了焊接轨迹规划和示教,生成了无干涉的焊接轨迹,完成了液压支架横焊缝焊接的虚拟仿真,为实际设备的现场调试实现提供了作业指导。     

马鞍形焊缝焊接机器人运动学分析及MATLAB仿真

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以关节角为变量的马鞍形焊缝焊接机器人运动学模型,对马鞍形焊缝焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用三次多项式插值的方法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对马鞍形焊缝焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。