排爆机械臂的运动学仿真

在机械臂性能优化设计的研究中,为了使排爆机械臂能够灵活、有效的处理爆炸物,需对其进行运动学仿真,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,通过D-H方法建立相应的运动学模型,运用矩阵逆乘的方法分离变量,求得了运动学正解和逆解.用MATLAB平台中机器人工具箱编程并建立ADAMS虚拟样机,对机械臂的末端位移、速度和加速度做了运动学仿真,通过仿真验证了机构设计的合理性和仿真方法的正确性.结果为排爆机器人的结构设计和优化,为排爆机械臂的电机选择提供了依据.     

空间冗余机械臂路径规划方法研究

针对空间站遥操作7DOF冗余机械臂路径规划的安全性、可靠性问题,提出了基于臂型角逆运动学的优化A*路径规划算法.本文根据臂型角参数化完善了逆运动学方法,得到了32组完备逆解集,增加了路径规划时逆解选择的灵活性;通过臂型角搜索和最小奇异值优化A*路径规划算法,提高机械臂避障、避奇异能力,机械臂操作的灵活性和路径的安全可靠性;同时根据路径优化策略,有效平滑了路径,减少了机械臂的磨损.仿真结果说明了该方法的有效性.     

基于ELM-IWO机械臂运动学逆解算法研究

为了提高机械臂控制中运动学逆解的速度和准确度,提出了一种基于入侵性杂草优化的机械臂运动学逆解方法.通过D-H法建立了工业六自由度机械臂的正向运动学模型,并利用训练速度较快的ELM(极限学习机)计算机械臂关节角度向量,即输出其逆运动学初解.利用IWO(入侵性杂草优化)算法对得到的初始逆解进行优化,取最小适应度下的杂草位置作为输出,以便得到最佳的逆运动学求解.实验结果表明,相比基于PSO-BP神经网络的求解方法,基于ELM-IWO算法的机械臂末端执行器的精度更高,实时性更好.     

地面和空间机械臂的动力学等效条件与控制相似律

针对如何在地面机械臂上有效验证空间机械臂控制律的问题,本文研究空间机械臂和地面机械臂系统间的动力学等效条件和控制相似律.首先,基于量纲分析研究地面机械臂和空间机械臂之间的动力学等效条件,并基于等效条件设计地面机械臂系统.其次,基于量纲分析建立空间和地面机械臂系统间的控制相似律,设计的空间机械臂控制律通过控制相似律将可以转化为地面机械臂相应的控制律.最后,考虑地面机械臂基座往往无法和空间机械臂的基座航天器一样进行全6自由度运动,以及地面机械臂运动时受到重力影响,使得地面机械臂不再满足动力学等效条件,基于反馈线性化技术设计一种地面机械臂的动力学误差补偿策略,使得地面机械臂和空间机械臂具有相似的闭环动力学行为.这样,空间机械臂的控制律可以在设计的地面机械臂上进行验证,仿真中以在地面机械臂上验证空间机械臂的PID控制器为例说明所提方法的有效性.     

基于免疫遗传算法的冗余空间机械臂设计

空间机械臂的工作任务特殊,工作环境极其恶劣,因而提高空间机械臂的可靠性显得尤为重要。冗余是提高机械臂可靠性的重要方法,寻求实用的故障容错冗余机械臂设计方法是论文研究的核心内容。冗余机械臂设计是多参数、多模态、非线性设计问题,用传统的优化方法难以解决。论文模拟抗体搜索机制,结合免疫网络理论,用抗体表示函数优化解的可能模式,通过克隆算子完成全局搜索,利用B细胞网络保持抗体的多样性。通过实际设计表明,算法是可行有效的。     

一种新的六自由度机械臂运动学反解方法研究

针对运用解析法对机械臂进行运动学反解仅适用于具有特定结构机械臂的不足,提出能量优化的遗传算法进行机械臂运动学反解的方法。为便于能量的量化计算,在进行机械臂运动学分析的基础上,建立四连杆简化模型。采用实数编码方式,以机械臂各关节角上下限为依据,建立与之相对应的染色体。以机械臂各连杆势能变化及机械臂末端与期望值之差作为适应度函数,评估个体的适应度。通过概率的方法实现选择、交叉和变异操作。实验结果证明了该方法的正确性。     

排爆机械臂逆运动学的模拟退火神经网络算法

采用传统方法计算没有封闭解的机械臂的逆运动学运算量大、精度无法保证,对于复杂结构很难满足实时精确控制的要求;6个并行三层双隐层前馈神经网络被设计用来解决排爆机器臂的逆运动学问题,神经网络的应用受到输出误差的限制,需要减小网络输出误差;针对机械臂结构,以神经网络输出为初始值,对网络输出关节变量进行实值编码,采用分离位姿模拟退火算法对的机械臂末端位置、姿态分别进行优化;仿真结果显示,该方法有效地减小了网络输出误差,在运算结果精确性和运算速度方面满足排爆机械臂求逆运动学解的要求.     

基于BP神经网络的排爆机械臂逆运动学分析

机械臂逆运动学是已知末端执行器的位姿求解机械臂各关节变量,主要用于机械臂末端执行器的精确定位和轨迹规划,如何高效的求解机械臂运动学逆解是机械臂轨迹控制的难点;针对传统的机械臂逆运动学求解方法复杂且存在多解等问题,提出一种基于BP神经网络的机械臂逆运动学求解方法;以四自由度机械臂为研究对象,对其运动学原理进行分析,建立BP神经网络模型并对神经网络算法进行改进,最后使用MATLAB进行仿真验证;仿真结果表明:使用BP神经网络模型求解机械臂逆运动学问题设计过程简单,求解精度较高,一定程度上避免了传统方法的不足,是一种可行的机械臂逆运动学求解方法。     

生产线设备机械臂的自动控制方法

在传统的机械臂自动控制设计中,机械臂动力学模型的构建融合了滑动摩擦,导致机械臂的控制精度不足,为此,提出生产线设备机械臂自动控制方法。首先通过确定机械臂自由度传动,奠定整体的机械臂控制基调,然后在驱动元件的构建中选择伺服电机以带动机械臂传动,最后在摩擦力计算的基础上建立机械臂的动力学模型,实现生产线设备机械臂的自动控制。结果表明,该机械臂在X轴上的精度为95.48%,在Y轴上的控制精度为92.63%,具有较高的自动控制精度,可以运用到生产线设备的产品作业中。     

新型六自由度机械臂的运动学分析与仿真验证

针对新型机器人六自由度机械臂的构型特点,采用传统的D-H法建立机械臂的连杆坐标系和运动学方程.在此基础上对传统的逆运动学求解的解析法进行改进,对得到的多组解采用能耗最小原则进行优化得出最适合的一组解.用MTALAB/SIMULINK搭建仿真模型,验证所得结果的正确性并分析所得结果的误差,仿真结果表明针对于此种构型机械臂的逆运动学求解,该方法无误差、耗能小,为类似构型的机械臂逆运动学求解提供了思路.     

基于Matlab机械臂力控系统仿真研究

以位置控制为主的机械臂控制方法已不能满足某些复杂环境（装配、抛光、去毛刺）的应用要求,控制机械臂与环境间的接触力已成为机器人学研究的一个热点。提出一种在Matlab/SimMechanics环境下平面二自由度机械臂力控制的仿真研究方法。在平面中模拟机械臂与环境的接触面,设计振荡抑制控制器,实现机械臂与环境间接触力的控制,以及机械臂与刚性环境碰撞接触过程中冲击振荡阶段的振荡抑制,生成机械臂期望的运动轨迹。仿真结果表明,该方法可实现特定作业下机械臂与环境间接触力的控制。     

Task-based optimization of reconfigurable robot manipulators

Reconfigurable Manipulators are structurally redundant robots that utilize a subset of their joints to perform a specific task optimally. This paper presents a method of finding a task-based optimal configuration for a new type of reconfigurable robot manipulator, called the modular autonomously reconfigurable serial (MARS) manipulator. The reconfiguration optimization treats the joint space of the MARS manipulator as a 12-dimensional smooth configuration manifold. The manifold is discretized and ranked based on a variety of criteria, and then clustered into attractive and repellent regions. The user then specifies which regions are desired in the target configuration, and the manifold is reduced in dimension in order to maximize the number of attractive regions and minimize the number of repellent regions. Six manipulator configurations are synthesized using this approach, and their effectiveness is compared.     

并联型工业机器人的运动弹性动力学研究

从关联型机器人的通有模型出发，引入力域内的雅可比矩阵，将中央平台之后开链部分的质量和惯性计入模型，推导出完整形式的动力学模型，建立了基于弹性理论和有限元分析的运动弹性动力学方程，并以天府－Ｉ型点焊机械手为例进行了ＫＥＤ分析，编制了相应的软件，在建模时还采用了计算机符号－数据处理技术。     

卫星天线展开臂的随动吊挂重力补偿系统设计

为了给卫星天线展开臂的展开特性测试提供真实的零重力地面仿真环境,设计了卫星天线随动吊挂重力补偿系统.首先设计了与卫星天线展开臂结构相同的3轴随动吊挂机械臂,对卫星天线展开臂进行位置跟随,并通过有限元方法分析其受载时的位置精度;然后根据导纳控制方法设计出随动机械臂的力跟随控制器,采用基于位置内环的PD （比例-微分）力控制策略设计出拉力系统对吊索拉力的控制算法;最后通过实验考核了随动吊挂机械臂各关节对在轨运行模式下的天线展开臂相应关节的位置跟随性能和重力平衡补偿.实验结果表明各轴位置跟随误差均不超过±0.03°,稳定运行时吊索张力控制偏差均小于1.2% F.S.（全量程）,在天线展开机械臂的展开过程中实现了较高精度的位置跟随和重力补偿,满足天线展开测试要求.     

提高柔性机器人运动状态下固有频率的一种方法

对提高柔性机器人运动状态下的固有频率进行了研究．首先分析了影响柔性机器人固有频率的因素，得出了在结构参数不变的情况下，可以通过适当调整运动参数来提高机器人固有频率的结论；然后研究了机器人的初始位形与运动参数的关系，提出了通过规划机器人的初始位形来调整运动参数从而提高机器人在运动状态下的固有频率的方法，并且给出了相应的算法；最后通过数值仿真验证了该方法的有效性．     

Modeling of tracked mobile manipulators with consideration of track–terrain and vehicle–manipulator interactions

This paper presents a systematic method to establish the kinematics model for a tracked mobile manipulator on firm grounds, with consideration of the interactive motions between the tracks and the terrain, as well as those between the tracked vehicle and the onboard manipulator. Kinematics analysis is essential for real-time pose estimation and online autonomous navigation of tracked mobile manipulators. Furthermore, to improve the effectiveness of motion planning, and to simulate or control tracked mobile manipulators, a reliable kinematics model is required. However, kinematics modeling for a tracked mobile manipulator is complicated by the fact that there are infinite number of contact points between the tracks and the terrain, which makes slippage unavoidable. The track–terrain and vehicle–manipulator interactions make the problem even more complicated as the motion of the onboard manipulator and the centrifugal forces during moderate or high speed motion give rise to transfer of the load distribution, which will affect the longitudinal and lateral tractive forces and the resistance. Also, the motion of the mobile platform contributes to the inertial forces of the manipulator, and the track–terrain interactive forces help balance the gravity as well as the manipulation forces. The developed kinematics modeling approach is presented on the basis of a tracked mobile manipulator in our laboratory, but the forward kinematics analysis method, and the track–terrain and vehicle–manipulator interaction analysis algorithm are general, and can be used for any tracked mobile manipulators with little modification. This work lays a solid foundation for autonomous control, online slippage estimation, real-time traction optimization as well as tip-over prediction and prevention of tracked mobile manipulators.     

一种适合嵌入式系统实现的机构臂位置逆解算法与实验研究

提出一种适合嵌入式系统实现的空间串联机械臂位置逆解算法，对冗余及非冗余串联型机械臂问题均有效，建立过程规范简单，很容易用于机械臂的嵌入式控制器开发而且对嵌入式控制器的资源占用很少．文中列出部分算法仿真结果及基于多款微控制器平台测试获得的实验数据，对基于这种方法进行机械臂控制开发嵌入式控制系统具有重要指导意义．     

空间机械臂柔性连杆的弯曲形状

研究单连杆旋转柔性空间机械臂的弯曲形状,以确定空间柔性机械臂末端的位置.在考虑连杆变形对力矩影响和曲率表示式中不忽略形状函数一阶导数平方的情况下,利用Taylor展式表示连杆的变形,导出了连杆变形的数学模型.通过降阶方法导出形状函数一阶导数的解析式,并给出了由此解析式利用数值积分确定形状函数的方法.给出了利用二分法确定变形后的连杆在其固连坐标系中最大横坐标的方法.针对一组参数进行了仿真,证实了这种方法确定空间柔性机械臂末端的位置的可行性.     

一种可重构机械臂的自组织协调控制

主要研究一种新的具有树型结构的可重构机械臂的自组织协调控制问题，首先给出这种可重构机械臂的运动学、动力学方程及其结构变化的关系；然后通过研究一个较通用的任务模型建立了系统的动力学方程，由此提出一个自组织协调控制策略，最后仿真结果证明了控制规律是有效的。