五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析

提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构,基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征.利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型,求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵.基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型,并对理论模型进行了仿真验证.利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间.定义了机构的全域位置敏感度...     

基于性能驱动的可拓数据挖掘产品配置设计方法研究

针对现有产品配置设计方法中对客户性能需求研究的不足,结合可拓数据挖掘方法提出了基于性能驱动的可拓数据挖掘产品配置设计方法研究。首先通过对客户个性化需求的定量与定性化分析,建立客户需求分析模型;其次对配置模型的参数知识进行可拓知识挖掘,并对产品布局结构的变换阈值知识进行相互匹配与矛盾问题消解,建立变换消解模型及满足客户需求的可变换阈值解空间;然后在此基础上,对产品配置过程中的知识组合矛盾问题,进行基于可拓数据挖掘的传导变换,求解出满足客户需求的配置解空间;最后基于Visual C++6.0、Solidworks等平台开发软件建立了产品的快速配置系统,通过实例测试,验证了该方法的准确性和有效性。     

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题，提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法，其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状，建立其运动学模型，分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系，并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束，建立关节空间变量之间的数学关系，降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析，求解逆运动学的有效解，并研制原理样机进行样机实验，实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。     

基于BP神经网络的冗余机械臂逆运动学分析

常见的七自由度冗余机械臂逆运动学解法较为繁杂,且对不同构型机械臂的逆运动学解法通用性较差。为了找到一种通用的七自由度机械臂逆运动学求解方法,建立了神经网络模型,选择了合适的激励函数、隐藏层神经元数量、神经网络层数和学习速率等模型参数。设计轨迹跟踪实验对神经网络模型进行验证,实验数据证明该方法有效且精度较高,是一种可行的冗余机械臂逆运动学求解方法。     

六足机器人整机运动学分析及构型选择

六足机器人整机构型设计和整机运动学模型是机器人样机研制和行为控制的基础。利用GF集理论阐明了六足机器人整机构型设计的实质即为解决机械腿在机身平台上的布局问题,并基于仿生学原理给出了5种整机构型。介绍了一种三自由度并联驱动腿部机构,并利用闭环矢量链及求导的方法建立了基于该腿部机构的六足机器人整机运动学模型。本文给出了六足机器人整机运动学理论及仿真算例,推导出了速度、加速度的理论值及仿真值的拟合图。拟合结果表明:角速度、角加速度的理论值与仿真值的最大误差量级分别为10~(-2)(°)/s和10~(-3)(°)/s~2,验证了理论模型的正确性。基于该理论模型,绘制了不同构型下该并联驱动腿的六足机器人的工作空间分布图,选择了工作空间较大的两种整机构型,并对这两种构型下的六足机器人的运动学性能进行对比分析,选择了一种能够更好发挥该腿部机构综合运动能力的整机构型。本文的研究为该六足机器人的后续研究奠定了理论基础。所使用的整机运动学建模方法对其他六足机器人也实用。     

可控装载机构的运动学分析与仿真

针对一种新型装载机工作装置进行了运动学分析和仿真研究。根据装载机性能要求,确定可控装载机构性能要求;利用解析法建立了运动学逆解模型,并对可控装载机构进行尺度参数设计,通过对逆运动学模型进行数值求解,获得了主动杆运动规律及电传动系统驱动参数。利用ADAMS软件建立可控装载机构虚拟样机模型,在各典型作业工况下对可控装载机构进行正运动仿真,仿真结果证明,该可控装载机构在工作空间内能够顺利完成各作业动作,各构件尺度参数设计合理,铲斗倾角、卸载角等均符合装载机设计要求,为可控装载机构的进一步研究在一定程度上提供了基础。     

液压挖掘机轨迹规划及运动仿真

运用D-H(denavit-hartenberg)矩阵法对液压挖掘机工作装置进行正、逆运动学分析,得出挖掘机驱动机构空间、关节空间以及铲斗位姿空间的关系。运用Robotics Toolbox建立挖掘机工作装置运动学仿真模型并进行点到点轨迹规化和运动学仿真,得出动臂关节、斗杆关节和铲斗关节角度以及铲斗末端位姿随时间的变化,再通过逆运动学求解出液压油缸的位置。检验了该型号挖掘机作业空间和各杆件运动参数的合理性,为挖掘机运动仿真提供了一种简便的方法,并为挖掘机的自主挖掘研究奠定了运动学基础。     

小型车式移动机器人转向机构的设计与优化

针对某小型车式移动机器人实现精确转向的要求,对其转向机构的构型设计与参数优化问题展开了研究。通过综合分析四种不同构型方案的特点,确定了采用一种舵机驱动的双梯形转向机构;推导了该机构的运动学关系式,并以跟踪理想阿克曼转角为优化目标,以布置空间的不干涉条件等作为约束,建立了该机构优化设计的数学模型;借助Matlab优化工具箱进行求解分析,确定了转向机构最终的构型组成与尺寸参数;优化结果表明所设计的转向机构能精确地近似实现理想的阿克曼转角关系。     

基于3-RRP并联机构的腕关节设计与分析

针对球面3-RRP并联机构的理论分析不足以致运动学与动力学特性不明确的问题,设计了该构型的具体结构,分析了其运动学传递约束与驱动力矩特性。根据关于位置反解的Panda-Kahan理论,明确了灵活姿态空间与可达姿态空间的分布情况。基于旋量互易积,建立了关节的运动传递与约束能效系数。在此基础上,应用多参数平面模型技术,进一步揭示了参数尺度、姿态空间、性能指标之间的耦合关系,从而确定了参数取值,明晰了优质姿态空间范围和性能指标分布趋势。并基于虚功原理,建立了动力学模型,定性分析了驱动力矩特性。研究结果表明：该腕关节机构兼具机构紧凑、姿态空间大、完全的运动约束性能与优秀的运动传递性能、大负载重量比的特点,符合人体腕关节功能特性。     

缸套类产品自动生产线的上下料机械手运动学设计

针对缸套类零件生产线的特点,设计了上下料搬运机械手,分析了其工作流程,并进行了机械手的运动学设计.在建立上下料机械手各杆件的D-H坐标的基础上,构建了五自由度机械手的运动学模型,实现了笛卡尔坐标空间到关节空间的运动变换,通过运动学方程求解得到了正向运动学解,确定了机械手雅克比矩阵和关节速度.     

Matlab环境下拖拽式焊接机器人的运动学仿真实验

将某ER系列拖拽式焊接机器人作为仿真实验对象,利用MDH (modified Denavit-Hartenberg)方法确定其DH参数,创建对应的关节坐标系与DH模型。基于Matlab软件中Tool-box10.4版本展开运动学分析求解。利用齐次变换矩阵顺次相乘完成运动学正解的推导,使用牛顿-拉夫逊迭代法（Newton-Raphson method）求解逆运动学方程的封闭解,验证了机器人运动学建模的合理性。在Matlab中完成了轨迹规划,在关节空间下对运动轨迹分别采用了三次、五次插值规划方法。完成了机械臂全局与限定条件下的工作空间分析,整体仿真结果充分证明了拖拽式焊接机器人运动性能的合理与稳定。该方案为进一步实验与研发工作奠定了理论基础,对同系列或构型机械臂有实际应用意义。     

MOTOMANGP180型工业机器人的建模与仿真研究

基于运动学理论基础,利用标准D-H参数法对MOTOMAN-GP180型工业机器进行建模,得到机器人连杆坐标系模型,根据变换矩阵通式求解出机器人正运动学方程,并对机器人逆运动进行分析,再将D-H参数代入Matlab中的机器人工具箱进行三维模型的建立,正运动学求解函数Fkine仿真得到的数据与公式计算数据一致,证明模型建立正确.利用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行求解,得到的空间图显示满足大多数场景工作要求.针对机器人搬运过程中的点到点的轨迹规划,采用五次多项式插值的方式轨迹进行优化,最终得到6个关节的位置、速度、加速度曲线平滑且连续,为该型号机器人的运动学研究提供了新思路.     

索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

仿生咀嚼机器人的工作空间分析及参数优化

利用UG软件建立模拟人类咀嚼机构的仿生咀嚼机器人的6-PSS三维模型;利用齐次变换矩阵描述动平台在运动过程中的位姿状态,建立运动学模型进而进行位置逆解的分析计算;确定工作空间搜索范围及影响因素,采用边界搜索法进行工作空间的边界求解,并分析比较了不同咀嚼姿态下的工作空间;通过分析工作空间与咀嚼机构尺寸参数的相关性分析,确定了工作空间优化模型的设计变量、目标函数及约束条件,利用坐标轮换法对球副支柱向量和杆长进行了优化,进而获得了运动性能良好的工作空间区域。仿生咀嚼机器人工作空间的优化对其运动路径规划、动态特性分析及系统的精确控制都具有重要的指导意义。     

基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明：所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。     

大工作空间5R平面并联机构的正逆互解验证实验研究

针对平面两自由度并联机构工作空间小的不足,提出一种变驱动布局大工作空间5R机构。在运动学分析基础上,利用Solid Works软件建立并联机构的三维运动学仿真分析模型,在Motion分析环境中改变原动件的运动参数,求解出并联机构的运动轨迹及其可达工作空间,完成其正解分析;另外,搭建并联机构的运动学实验平台,在Solid Works软件中画出给定轨迹,利用Solid Works软件逆解得出两伺服电机各时刻的转速,结合运动控制函数,编写上位机运行程序,通过PCI-DMC-F01运动控制卡对伺服电机进行控制,使末端执行器按照预期轨迹运动。实验轨迹、工作空间与正逆解结果一致,实验表明5R机构正逆互解的正确性和可行性,并在此基础上给出了大工作空间并联机构的应用实例。研究工作对拓展5R并联机构的工程应用具有参考价值。     

基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。     

基于支链构造法的新型6-DOF并联机构构型设计

提出一种新型3支链6自由度机构构型设计方法。对于6自由度并联机构,支链对动平台没有自由度约束,只存在尺度约束。在每条支链中都加入一个球副,用以实现3转动自由度,其余运动副用以实现3移动自由度。以支链中移动副的数目为分类原则,得出了24种通用支链结构,在此基础上,对支链运动副轴线的位置进行特殊配置,得出了对应的新型支链结构。应用得出的支链结构,对其进行组合,设计出一系列6自由度并联机构,并且以简化运动学求解、扩大工作空间为目的,给出支链内部运动副轴线配置及支链空间拓扑位置的配置设计原则。对得出的新型3-RPPS机构进行运动学、尺度约束和工作空间分析,并建立与机构性能相关的尺度要素与构型综合的关系,验证了本方法的有效性。     

菠萝采摘混联机构的设计与运动学分析

针对菠萝采摘机构工作空间大、刚度和承载能力高的要求,提出一种由1R2P串联机构和球面2自由度冗余驱动并联机构串联组成的混联构型方案.将混联机构简化为一个5自由度空间开式运动链,采用D-H方法建立运动学方程,得到位置正反解.对球面2自由度冗余驱动并联机构进行尺度设计,得到位置反解.应用ADMAS软件建立虚拟采摘机构模型,进行运动轨迹规划和仿真分析.结果表明,机构各杆件在运动空间范围内约束条件没有发生破坏,杆件之间无结构干涉,运动关节速度和加速度变化平缓,无突变.杆件尺寸参数设计合理,为菠萝采摘设备的研制提供了理论依据.     

基于多维摄像系统的人体上肢动态测量

由三架或三架以上普通摄像机、运动学分析软件APAS以及标定框架等构成多维摄像系统。在建立上肢运动模型的基础上,对附着体表的人工标记点的运动进行跟踪测量,利用运动学分析软件APAS分析得到标记点的空间运动坐标,通过设计优化算法程序获得人体上肢的空间运动参数。