多关节焊接机器人轨迹误差补偿解耦分析

由于多种误差源的影响,机器人焊枪末端往往不能按照预定轨迹运动,提出输入附加运动法对各运动关节进行补偿,使焊枪末端产生相应的微小摄动,从而抵消位姿误差.因为6R焊接机器人各关节运动副间存在一定的耦合关系,通过分析焊接机器人各坐标系间位姿变换关系,基于小误差运动假设,建立了误差补偿模型,通过该数学模型可解耦出各关节所需要的补偿摄动量.仿真验证了所提解耦方法以及建立模型的正确性.结果表明,该算法能有效降低焊枪末端位姿误差,为焊接机器人位姿精度控制提供了有效的理论依据.     

串联机械臂关节铰间隙配合精度的设计方法

在串联关节型机械臂的研究中大多都忽略铰间隙的影响,为了得出铰间隙对平面关节式机械臂运动影响,以平面2R机械臂为研究对象,利用DH坐标变换法得出其运动学方程;利用二关节之间的配合关系来确定铰间隙;根据不同的间隙进行三维建模和运动仿真;对仿真结果从位移、速度、加速度三个方面进行对比和分析;利用末端位姿允许误差及MATLAB蒙特卡洛模拟设计铰间配合精度。从结果可以看出:间隙越大末端执行器的位姿精度越低,速度和加速度波动越大但总体波动时间较短,角加速度波动次数较多但波动幅度较小。间隙较小时结果反之。二关节之间不同的间隙组合对机械臂运动也有较大影响。利用末端允许误差及蒙塔卡洛模拟可设计出较优的铰关节处配合精度。     

四自由度串并联机器人的位姿误差分析

介绍四自由度垂直移动关节与回转关节组合式串并联机器人的机构特点和机器人位姿误差分析的"小位移摄动法",利用该方法建立该构型机器人的位姿误差分析模型,通过仿真实验分析机器人广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位置误差的影响。仿真结果表明角度误差对机器人末端位置误差的影响较大,结构误差对机器人末端位姿误差的影响不大,证实该位姿误差模型的正确性,为机器人的位置误差补偿及精度优化设计提供参考。     

混联码垛机器人误差分析

论文以所研制的串并联混合的MJR混联码垛机器人为研究对象,介绍了四自由度垂直移动关节与回转关节组合式串并联的混联机器人机构特点,并进行了运动学分析,提出了这种机器人的误差分析方法,利用摄动法建立了广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位姿影响的误差模型,并通过数值仿真分析了广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位置误差的影响程度,计算结果证实了位姿误差模型的正确性,为机器人的位置误差补偿及精度优化设计提供了依据.     

变位焊接机器人系统的运动建模及分析

研究变位焊接机器人系统的同步协调运动的实现。在SolidWorks2010软件中建立了该机器人系统模型,同时给出了其同步协调运动的算法和实现步骤;以半球面空间螺旋曲线为焊接路径,对机器人与变位机的同步协调运动进行仿真分析,发现焊枪末端能够以较高精度和较好位姿跟踪该焊缝曲线,为变位焊接机器人系统的同步协调运动的实现提供了理论依据。     

六自由度机械臂位姿误差及可靠性研究

随着工业机械臂的发展应用,工业机械臂的末端定位精度和末端位姿可靠性越来越被重视。以六自由度机械臂为研究对象,分析机械臂连杆参数误差对机械臂末端位姿偏差量和末端位姿可靠性的影响,采用矩阵法求出机械臂末端位置偏差量模型,采用误差建模摄动法求出末端姿态偏差量模型。文中的创新点在于利用Monte-Carlo法求出连杆各参数误差对机械臂末端位姿造成的偏差量和末端位姿对各个参数误差的可靠性灵敏度。     

焊接机器人虚拟样机轨迹模拟和运动仿真分析

根据焊接机器人的结构特点,对其进行了模型简化,在对机器人进行正向运动学分析的基础上,运用Denavit-Hartenberg(D-H)矩阵法,求解出焊接机器人末端位姿的数学模型,完成了焊接机器人空间位姿的描述;运用ADAMS软件,建立了焊接机器人的虚拟样机模型,仿真得出了模型的末端轨迹,并与数学模型求解结果进行对比,验证了数学模型的准确性与可靠性;对其进行运动仿真分析,测量并研究了机器人各关节运动学参数的变化情况,为后续焊接机器人的设计和制造提供了依据,对于精确确定焊枪工作位置、确保焊接质量、降低产品废品率有重要意义.     

连杆参数误差对机器人精度可靠性的影响

采用Denavit-Hartenberg方法设定五自由度串联机器人杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立串联机器人正运动学和逆运动学模型。在此基础上,对由静态误差引起的串联机器人末端位姿误差做了分析。利用微小位移合成法建立了串联机器人的静态位姿误差分析模型,以机构可靠度为位姿精度评价指标,应用Monte Carlo数值仿真法分析串联机器人各连杆参数误差对串联机器人的静态位姿精度的影响程度,并分析得出对串联机器人的静态位姿精度影响最大的关节。     

智能机械臂末端高精度控制的交互系统研究

由于交互式系统中智能机械臂控制存在一定误差,导致机械臂末端位姿精度偏低。为解决此问题,基于智能机械臂误差补偿及修正的基础性理论,构建误差模型;利用IMU传感器测算智能机械臂末端位姿数据,通过迭代补偿算法实现对智能机械臂的高精度控制。实验结果表明:机械臂静态时IMU数据传感器测算数据精度较高,且动态向静态转变的过渡期存在0.3 s延时;补偿后智能机械臂末端欧拉角均方根误差显著下降,迭代姿态补偿算法具有较强的鲁棒性。     

含间隙铰的柔性机器人动力学研究

论文将多柔体动力学的建模方法引入柔性机器人的动力学分析中。应用Lagrange方程建立空间刚-柔耦合多体系统动力学方程，采用牛顿二状态模型，对含间隙机器人的副间接触和分离过程，建立了铰接间隙动力学方程。仿真分析结果表明，由于间隙铰的存在。间隙运动副反力呈现大幅度连续波动现象，使整个机器人的稳定性大大降低。而当记入大臂的柔性后，间隙副反力的波动减小，所以，机器人可以通过适当添加弹性补偿单元降低部分副间碰撞时的冲击效应，提高机构运转的稳定性。     

打磨机器人不同位姿下的刚度特性研究

针对机器人在加工应用中的弱刚性问题,对串联机器人打磨过程中的位姿进行优化以提高操作刚度。文章以ABB公司IRB6700六自由度串联机器人为研究对象,研究了该机器人在不同位姿下的刚度特性。首先以该型号机器人的连杆及结构参数,建立机器人各连杆坐标系,推导出其运动学方程及雅克比矩阵。其次忽略机器人臂杆刚度,建立了考虑关节刚度的机器人末端静刚度模型。最后研究了机器人在不同位姿下的刚度特性,以优化机器人末端刚度为目的,得到了该型号机器人在本打磨工况下的最优加工位姿。     

基于SCARA机器人的运动学分析及关节解耦

应用牧野坐标系建立SCARA机器人运动学模型,采用回转变换张量法计算运动学正、逆解。针对机械臂末端关节滚珠丝杠滚珠花键运动耦合,完成运动学解耦。采用ADAMS建立虚拟模型,进行运动仿真,验证了运动学解耦的正确性,为SCARA机器人的运动控制提供理论依据。     

基于AGA的焊接机器人避障轨迹规划北大核心

针对焊接机器人在焊接过程中运动耗时长,稳定性系数低,避障精度差的问题,采用自适应遗传算法来搜索任务空间中轨迹的最优解。以ABB IRB 120焊接机器人为研究对象,首先,建立机器人D-H运动学模型,采用位姿分离的方法进行逆运动学分析;然后,通过自适应遗传算法对焊接机器人进行避障优化,使其能够快速地找到焊接机器人在焊接运动过程中的最优路径;同时,采用五次多项式插值法逼近任务空间中的轨迹行程。仿真结果表明,与经典遗传算法相比,自适应遗传算法通过自适应调节交叉概率Pc和变异概率Pm的值,能更好地产生新的个体摆脱局部极值,快速地搜索到全局最优解,获得平稳且连续变化的机器人末端点运动轨迹,在一定程度上提高收敛速度与求解精度。     

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.     

水下焊接机器人弧线轨迹平顺运动控制策略

在水下焊接机器人的弧线焊接过程中,为提高焊接质量、改善焊接效率,提出一种弧线轨迹平顺运动控制策略.首先建立焊接机器人的D-H数学模型,推导了机器人的正逆运动学公式,并简化了机器人正运动学公式;然后提出一种6维空间矢量法表示机器人末端的位姿;最后在笛卡尔空间下,采用带抛物线过渡的线性插值方法对机器人的空间位姿进行插补,合理规划了每个路径点对应焊接机器人各个关节的速度、加速度.采用以上控制策略进行水下焊接试验.结果表明,所得焊缝平整光滑,提高了焊接质量,缩短了焊接时间.     

冗余度排爆机械臂作业空间的研究

针对在公交车体内部作业的7自由度排爆机械臂进行研究,利用三维建模软件对冗余自由度排爆机械手进行建模,使用D-H法对机械手臂建立坐标系,对机械手的位姿进行正运动学分析并建立手臂末端位姿矩阵。利用蒙特卡洛法对手臂末端作业空间进行研究,使用MATLAB软件进行仿真绘制出手臂末端在车体内部的点阵图,分析手臂末端作业空间和盲区,研究目标空间与作业空间的关系,为避免在盲区中作业提出手臂使用的优化方案。     

基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解

为简化机械臂逆运动学求解,提高逆解精度,增强方法通用性,利用群智能优化算法,将逆运动学求解变为最优化问题.首先,根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数,结合柔顺性与能耗约束构建适应度函数,使机械臂在满足位姿误差要求时还具有最佳柔顺性与较低能量消耗;其次,为使位置和姿态收敛精度统一并控制进化方向,引入位姿平衡系数与位姿...     

自适应鲁棒控制在机械臂轨迹跟踪中的应用

以仿人型机械臂为研究对象,针对常规PID控制器在机械臂轨迹跟踪控制中存在速度较缓慢、位姿误差较大的问题,设计了一种自适应鲁棒控制策略。利用SolidWorks进行机械臂结构的自主设计,根据所设计的机械臂参数进行控制器设计,利用Simulink建立机械臂控制系统模型,在直线和曲线两种运动目标轨迹下进行轨迹跟踪控制验证。实验结果表明,相对于常规控制器该自适应鲁棒控制方法可以更为准确地控制机械臂的末端轨迹,跟踪速度快且跟踪位姿准确,具有较好的可行性及可移植性。     

基于扩展任务的双臂机器人位姿优化

为了能够在不修改工业机器人控制器的逆解算法的前提下对双机械臂系统进行位姿优化,同时要求以双臂各向同性指标为强化目标,设计出基于扩展任务的双臂姿态优化方法。首先对双臂机器人的协作任务进行了运动学分析与建模,然后基于最近被提出的一种新型的通用冗余机械臂位姿优化方法对双臂位姿优化进行数学描述,并表明了优化指标-双臂各向同性指标的几何和物理意义。再利用蒙特卡洛采样方法和非线性回归拟合出了主机械臂在操作空间的位姿与协作任务的位姿之间的数学关系,即扩展任务的数学模型。最后在ABB Robot Studio机器人仿真软件中对双臂系统进行主从协作运动任务的仿真,结果表明:利用扩展任务的优化方法可以实现以各向同性指标强化为目标的双臂系统的位姿优化,可以使两只机械臂都远离肘关节奇点和肩关节奇点,并且表明本质上还可以减小机械臂的条件数的值。     

箱型钢结构轨道式焊接机器人D-H模型与连续轨迹规划

针对箱型钢的结构特征和焊接过程特点,设计了一款5自由度的轨道式焊接机器人,用于箱型钢结构安装现场的自动化焊接. 采用D-H法,建立了机器人运动学模型,并通过特定的代数方法进行了逆运动学求解,推导出了焊枪末端的空间位姿参数与焊接机器人各关节变量的解析关系模型. 在此基础上,采用连续路径运动的轨迹规划法,在给定焊枪末端轨迹时,对各关节的运动情况进行了MATLAB仿真研究. 结果表明,导出的逆运动学求解模型可用于箱型钢结构焊接机器人的连续运动轨迹和姿态规划和控制,为实施机器人的运动控制奠定了基础.