蛇形空间机械臂单个2-DOF关节的运动学标定

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化的运动学标定方法。首先,对具有多重映射关系的2-DOF关节的运动学进行分析,通过矩阵全微分理论建立包含所有几何误差参数的误差模型。然后,对2-DOF关节各部件的所有误差源进行灵敏度分析,依据3σ原则和理想的位置精度设计指标指导各部件的公差设计。最后,考虑所有的制造和装配误差,采用正则化方法对2-DOF关节进行误差辨识,用于补偿控制器中的名义运动学模型。结果表明,经过修正后的运动学模型的位置精度提高了50%,验证了运动学标定的有效性。     

一种轻型仿人机械臂关节并联机构设计

基于人体上肢手臂结构特点与运动特性，提出一种轻型仿人绳驱动协作机械臂结构，完成了3-RRRR-（UPU）腕关节并联机构设计；弓形连杆铰链中心连线两两对角相交，交点随动平台相对静平台作球面纯滚动，形成椭圆运动轨迹。构建虚拟圆逼近椭圆误差模型，采集不同尺寸下并联机构运动误差数据进行插值优化处理，得出插值优化模型；在动、静平台分别建立动、静坐标系，构建并联机构运动学简图，完成正运动学分析。通过正运动学分析结果推演出绳索长度与并联机构末端动平台位姿关系，并通过逆运动学分析验证机构正运动学分析。     

机器人关节空间的轨迹规划研究

讨论了一种四自由度工业机器人的关节空间的轨迹规划问题。利用三次样条函数对关节变量进行插值，使规划的轨迹函数连续且平滑，保证了机器人在整个作业过程中的运动平稳。实验表明，该轨迹规划方法是准确可行的。     

RBFNN在关节空间中的轨迹规划研究

讨论了一种六自由度工业机器人的关节空间的轨迹规划问题。鉴于RBFNN的非线性逼近属性,将其用于复杂映射的建模。采用单输入-六输出模式,利用运动学逆解作为训练样本,完成六维关节空间的插值计算,并通过仿真验证了算法的可行性。     

改进麻雀搜索算法下机械臂轨迹规划

针对数控加工机器人的工作抖动问题,考虑机床工作精密度、时间、能耗指标,提出一种时间寻优的改进麻雀搜索优化算法。使用D-H参数构建机械臂数学模型,在MATLAB环境下对已建立模型进行仿真分析,利用3-5-3多项式插值法对机械臂空间轨迹路线分析,并提出麻雀搜索算法优化方案,对比传统算法及改进后机械臂关节速度及加速度曲线,明确优化后算法高效性,对比其他优化算法,确定机械臂时间最优解。研究结果表明,改进麻雀搜索算法粒子收敛速度提升43%,最优解收敛精度提升8%,机械臂轨迹规划用时明显缩短,轨迹规划达到预期,有效提高算法收敛效率及求解精度。     

移动机器人机械臂运动分析及轨迹规划

以自行研制的移动双臂机器人为对象,采用D-H参数建模法建立双臂机器人数学模型,利用MATLAB的Robotics toolbox工具箱建立机器人手臂关节的运动学模型,分析机器人的运动学问题和基于关节空间的轨迹规划问题。通过SolidWorks建立双臂机器人的三维模型并导入Adams仿真软件,对虚拟样机模型进行动力学仿真分析。通过仿真验证了双臂机器人的设计可以满足工作性能的要求,为评价其力学指标和后续的驱动系统的硬件选型提供了重要的理论依据。     

考虑关节间隙的空间机械臂臂杆振动特性研究

基于ADAMS动力学仿真软件,建立含间隙关节空间机械臂的动力学仿真模型,改变关节间隙尺寸和刚度系数等相关参数,获取不同关节间隙尺寸下的空间机械臂动力学响应;通过搭建含间隙关节的空间机械臂实验台,采用改变臂杆端盖孔径的方法改变关节间隙尺寸,分析不同关节间隙尺寸下的空间机械臂臂杆的输出振动特性。仿真与实验结果表明:臂杆末端的加速度和关节的接触碰撞力会随着空间机械臂关节间隙的增大而逐渐增大,但增幅会逐渐减小;空间机械臂关节间隙的增大还会导致关节内碰撞加剧,引起更大的能量损失。这可为提高含间隙空间机械臂的控制精度提供参考。     

七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析

针对传统协作机械臂关节惯量大、所需驱动功率大的问题,设计了基于套索传动的七自由度机械臂。该机械臂具有诸多优势,其最大的优点就是驱动电机后置使得关节惯量小、结构紧凑。根据D-H法建立正运动学方程,在分析了机械臂结构特性的基础上,定义了机械臂运动的臂平面、参考平面以及臂型角ψ,通过给定末端位姿~0T_7和臂型角ψ求解运动学逆解。在MATLAB环境中对机械臂正、逆运动学方程进行可视化验证,验证了正、逆运动学方程的正确性。最后利用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,求得机械臂工作空间云图。     

非常规突发事件中焊接机械臂避障轨迹规划

随着自动化设备在非常规突发事件的中广泛应用,焊接机械臂在复杂环境的突发、紧急事件中得到了前所未有的发展。其中,焊接机械臂在提高焊接速度,提升抢险效率中扮演了重要角色。运用遗传算法对机械臂的轨迹进行规划,可以得到一条无碰撞的较优路径,利用JAVA仿真平台对遗传迭代结果进行仿真验证,为机械臂提供了较优的轨迹。     

基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划

针对传统机械臂的离线式笛卡尔空间轨迹规划无法解决与环境发生接触的情况，提出了一种基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划方法。将机械臂笛卡尔空间轨迹规划分为了位置规划与姿态轨迹，并通过时间标度参数s(t)将二者归一化，其中以最为常见的直线运动和圆弧运动为例进行了轨迹规划说明；构建导纳控制器，并将末端六维力传感器获取到的信息代入控制器中，计算出末端位姿的调整量；在轨迹规划的基础上引入导纳控制，解决了轨迹规划无法实时感知外界环境作用力的问题；最后，搭建了机械臂实物验证实验，进行了直线运动和和圆弧运动实验。实验表明，基于导纳的实时柔顺轨迹规划方法既可以实现机械臂轨迹高精度运动，也可以主动顺从外界环境接触力，提高了系统的稳定性和安全性。     

机械臂轨迹规划中的奇异规避及位置补偿研究

为了保证机械臂高精度的奇异规避轨迹规划,提出一种对于球形腕部机械臂的避奇异方法——阻尼倒数+非奇异方向补偿算法(damped reciprocal plus compensations in non-singular directions,DRPCIND)。首先针对实验机械臂提出阻尼倒数原理;然后分析机械臂的三种奇异方向;最后在奇异区将非奇异方向补偿与阻尼倒数算法相结合,为了回归至理想轨迹,在非奇异区应用平滑补偿算法。通过与原阻尼倒数法进行实验对比,不仅证明该算法在奇异规避中的有效性,而且在平移和/或转动运动中具有更高的轨迹规划精度。     

码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究

以IRB-460工业机器人为研究对象,针对其运动学建模及在笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法展开研究并进行对比。对机器人本体进行了机器人运动学分析,利用多项式轨迹插值算法进行了关键点间的轨迹规划,完成了重叠型码垛的作业流程。利用Robotics Toolbox完成了轨迹规划算法仿真,并进行了结果分析。仿真结果表明在关节空间下进行轨迹插补所得的路径点更为优化,所得的轨迹更为满足作业任务,具备合理性。     

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。     

曲线拟合的机械臂避障轨迹规划及仿真分析

以埃夫特机械臂为研究对象,求解其正运动学解。结合实际生产中存在机械臂动作路线有障碍物的特殊情况,需要重新规划线路绕过障碍物达到目标点。首先分析了关节空间和笛卡尔空间两种不同轨迹规划方法,两者均达不到目标要求,最后采用最小二乘法拟合三维空间路径点的曲线,让机械臂沿着拟合曲线成功绕过障碍物。仿真结果表明,其各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线光滑连续,无拐点、间断性变化,保证机械臂稳定平顺的运作,避免了突变引发的冲击震荡,降低机械性损伤,有效地提高机械臂的稳定性能和使用寿命。     

NMPC算法下六自由度机械臂避障轨迹规划

针对机械臂在空间避障轨迹规划的需求,提出一种基于NMPC的六自由度机械臂避障轨迹规划算法。与以往的避障算法相比,该避障算法在规避障碍物的同时可以对运动轨迹精度进行控制。首先,建立六自由度机械臂自主防撞最优控制模型。其次,为了保证系统的时效性,对复杂的六自由度机械臂系统进行线性化处理,并且通过剪切搜索的方法来寻找最优解。最后,使其在满足控制约束和轨迹约束的前提下,达到自主避障效果。通过MATLAB对该算法进行仿真验证,结果表明：该方法能够有效地规划出满足机械臂性能要求的无障碍运动轨迹,实现机械臂在动态环境下的防撞控制,有效提高机械臂的运行安全。     

改进人工势场法的机械臂轨迹规划

针对传统人工势场法(APF)在机械臂避障路径规划过程中出现目标不可达和局部最小值问题，提出一种改进人工势场法算法。首先，使用人工势场法控制机械臂时陷入危险区域时，引入跳点搜索算法，寻找最优跳点作为下一迭代点，同时设强迫邻居为虚拟目标点，指引机械臂摆脱危险区域；其次，再使用人工势场法搜索；最后，引入3次均匀B样条曲线进一步优化最优解，进而生成一条平滑、无碰撞的路径。通过二维地图和机械臂避障实验，验证了改进算法的有效性和可行性。     

基于焊接机器人的关节空间轨迹规划方法

针对"昆山一号"机器人关节空间运动的实际需求,结合机器人实时轨迹插补算法,提出了关节空间轨迹规划方法.运用离线编程软件仿真得到机器人末端运行轨迹,路径平稳连续.通过MATLAB 仿真得到机器人各个关节角度变化曲线和关节速度变化曲线,关节角度曲线平滑连续,关节速度曲线合理无突变.关节空间规划方法也可以应用在由变位机、导轨和机器人组成的多轴系统中,运行轨迹连续稳定,速度曲线满足工艺要求.该方法应用于"昆山一号"焊接机器人中,满足焊接实时调速和实时调整轨迹的需要.规划结果表明关节空间规划方法是合理正确的.     

基于内插法的工业机器人关节空间轨迹规划

为了降低高阶多项式轨迹规划的计算难度,提出了使用内插法来替代高阶多项式进行轨迹规划,通过matlab软件的数据可视化功能,分别对高阶多项式轨迹规划与内插法轨迹规划进行了分析,最终得出使用内插法来替代高阶多项式进行轨迹规划是合理可靠的。     

Q-learning算法下的机械臂轨迹规划与避障行为研究

机械臂运动和避障中存在轨迹偏差,要通过适当控制算法加以纠正确保实际轨迹趋近于理想轨迹。提出基于改进Q-learning算法的轨迹规划与避障方案,分别构建状态向量集合和每种状态下的动作集合,利用BP神经网络算法提高模型的连续逼近能力,并在迭代中不断更新Q函数值;路径规划中按照关节旋转角度及连杆空间移动距离最小原则,实现在合理避障同时轨迹偏差度最低。仿真结果表明:提出的控制算法收敛性速度快,路径规划效果优于传统规划方案,偏移成本最低。