机器人计算机辅助运动学设计与仿真系统

本文建立了一个机器人运动学计算机辅助设计与仿真系统，与同类型的其它系统比较，本文侧重于运动学设计与评价，它包括工作空间、姿态空间、奇异曲面、服务区域、灵活度、运动学综合与仿真等，提出了建立机器人数据库、奇异曲面计算机自动求解以及机器人运动学性能综合评价的新方法，然后介绍了系统中的一些主要模块。     

双臂机器人协作空间的解算

双臂机器人能极大的拓展机器人的活动能力,在空间科学领域中得到了越来越多的应用.双臂机器人工作空间的形状边界的精确计算在它的优化设计和应用中非常重要.本文针对一种双臂空间机器人的二维地面实验系统,给出了双臂的运动学模型.依据从关节空间到工作空间的运动学映射,采用蒙特卡洛方法分别建立每只操作臂的工作空间.在此基础上针对机器人双臂工作空间的公共区域即协作空间,采用计算机图形学理论中的射线相交方法加以分析计算,得到了协作空间的几何形状.     

双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控情况下,漂浮基双臂空间机器人系统跟踪惯性空间轨迹的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动系统,保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性关系;对系统的运动学分析表明,联系机械臂末端抓手运动线速度与机器人关节铰速度的Jacobi关系也可以通过增广向量的处理,得到保持惯性参数线性关系的增广广义Jacobi关系。基于以上结果,针对系统参数不确定的情况下,设计了自由漂浮双臂空间机器人跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,所提出的控制方案具有不需要测量、反馈机器人载体位置、移动速度、加速度的优点;同时,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解空间机器人机载计算机运算能力有限的矛盾。通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。     

带滑移铰空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制的带滑移铰空间机器人的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质。对系统的运动学分析表明,联系机械手末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系,亦可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人跟踪惯性空间期望运动轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,提到的控制方案具有不需要测量、反馈空间机器人载体位置及移动的速度、加速度的优点;此外,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解机载计算机运算能力有限的矛盾。仿真运算,证实了方法的有效性。     

码垛机器人的工作空间分析

目的分析在机器人设计和托盘码垛布局规划过程中码垛机器人的工作空间。方法用D-H法则建立运动学方程,根据运动学方程对四轴型的码垛机器人进行分析,最后利用矩阵变换法建立码垛机器人位姿变化关系,求解运动学的正逆解,并用Matlab软件的图形用户界面(GUI)对求解结果进行仿真。结果得到了机器人的可达工作空间图,工作空间在x-y平面投影图和工作空间在x-z上的平面投影图。结论通过分析Matlab软件的仿真结果,可以直观地得到该码垛机器人的工作空间。     

高灵活度仿人臂型七自由度冗余机器人的研究

基于新型ＰＩＴＣＨ－Ｒ０ＬＬ－ＹＡＷ关节，研制出一种高灵活度的新型仿人臂型七自由度冗余机器人系统。文中首先介绍了该机器人的机构与系统构成，然后进一步研究了运动学与工作空间，最后介绍了该机器人的应用前景。     

六轮移动机器人运动学建模与仿真

针对石化行业的需求,设计了一款具有较强运动灵活性的适合在狭小空间、复杂环境中工作的六轮移动机器人。采用4个全向轮与两个普通橡胶车轮混搭的车轮配置方案,建立机器人的运动学模型,并分析了车轮的运动参数与机器人本体位姿之间的关系;运用ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型,通过对直线行驶、原地转向性能进行运动学仿真,得到了机器人的运动学曲线,验证了运动学理论模型的正确性和机器人机构设计的合理性。原地转向误差实验表明,机器人具有较强的原地转向能力,原地转向最小误差可达到2.299mm,较好地满足了该机器人的高灵活性需求。     

自由飞行空间机器人地面实验平台系统规划器

为了研究自由飞行机器人的运动学和动力学特性,开发了可以在地面上模拟空间微重力环境并能自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器地面实验平台仿真系统。介绍了整个系统的组成,讨论了系统所采用的规划器,主要介绍了规划器采用的控制策略和规划算法,最后用计算机仿真验证了规划器的正确性。     

基于双目立体视觉的机器人测量技术研究

本文利用双目立体视觉技术、机器人手眼关系以及机器人的正向运动学模型获得空间点在世界坐标系下的坐标值，从而可以构建多个点在空间的三维模型，并且获得任意被测两点之间的空间几何尺寸。     

新型3-RRC并联机器人机构精度分析

 根据三平移并联机器人机构运动学位置反解,利用微分理论建立了该并联机器人机构的精度模型。通过计算机仿真,分析了主动副的转动误差、结构参数误差和位姿变化对机器人机构精度的影响,为该机器人机构实际误差补偿与控制提供理论依据。     

基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模

为了使模块化并联机器人的运动学变化能够响应其构型的变化，提出了基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模方法，并以3 PRC并联机器人构型为例进行了建模研究：根据模块化并联机器人的结构特点，从机器人机构的角度对运动副处进行模块化单元划分，用连接关系矩阵描述所有单元的连接关系，连接关系矩阵可以确定并联机器人的构型；建立各单元的运动学子模型，即在固定参考坐标系中用齐次坐标变换矩阵描述各单元装配接口的空间位姿；根据相互连接的单元间运动副的类型，分析装配接口间的装配约束条件，并构建运动副的约束连续性方程。综合所有单元的运动学子建模和约束连续性方程，即得模块化并联机器人的运动学模型。该方法可适用于串联、并联或混联等任何构型的机器人。     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法.首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型.其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人...     

码垛机器人连杆参数的变化对工作空间的影响

目的分析机器人的连杆2(l_2)、连杆3(l_3)的长度和l_2的关节转角θ_3的角度取不同值时,机器人工作空间的变化情况。方法建立机器人的连杆坐标系,根据连杆参数表用D-H法建立机器人的运动学方程。根据运动学方程,用Matlab仿真工作空间。改变l_2和l_3的长度以及l_3的关节转角θ_3,得到连杆取不同参数时和原参数时机器人工作空间的x Oy和x Oz平面对比图,并把对比图插入AutoCAD画出对比图的边界。通过分析对比图边界的变化来研究仿真平面图形的变化。结果获得了不同参数时机器人工作空间的x Oy和x Oz仿真投影图。结论连杆参数不同时,工作空间有不同的变化,为机器人连杆参数的优化和运动控制奠定了基础。     

一类蛇形机器人系统的运动学分析

针对复杂、人力所不能及的作业环境，提出一种仿蛇类生物的蛇形机器人，这种多关节机器人采取了自然界中蛇的形体及运动特点，通过各部分协调运动从而实现机器人的整体运动。分析了机器人运动学模型，建立其运动学方程，并对机器人控制过程中的奇异状态问题进行了讨论。     

基于有限和瞬时旋量理论的Exechon并联机器人运动学分析

运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw, FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。     

一种新型六自由度SCARA机器人设计与运动学分析

目的 针对传统四自由度SCARA机器人末端灵活性不足的问题，设计一种新型的六自由度SCARA机器人。方法 首先在传统四自由度SCARA机器人结构特点分析的基础上，通过改进其末端结构以增加机器人的自由度，从而提高其末端的灵活性。然后分别采用D–H参数法与代数法建立该机器人的运动学正解模型与逆解模型。在此基础上，采用对比法在Matlab的Robotics Toolbox工具箱中对该机器人开展仿真分析，验证机器人运动学模型的正确性。最后，基于五次多项式插值算法对机器人开展轨迹规划研究。结果 实验结果显示该机器人的运动轨迹、速度与加速度曲线光滑连续，没有任何断点与突变点。结论 表明该机器人运动平稳，具有良好的运动学性能，从而为后续该机器人的运动控制奠定了良好的基础。     

两自由度空间机器人运动规划方法

采用微分几何中的活动标架方法,对空间机器人进行了建模分析,提出了以黎曼曲面上的测地线为依据进行操作臂与安装基座耦合状态下的空间机器人运动规划的方法。以空间机器人末端运动轨迹弧长作为黎曼度量,并融合系统动量守恒约束条件,建立了具有此种黎曼度量的黎曼曲面上的测地线微分方程,并对微分方程的初始条件进行了分析计算。最后以测地线作为空间机器人轨迹规划的方法,对2自由度机器人的运动规划进行了计算机仿真研究。     

虚拟制造中多机器人虚拟生产平台的研究

以多机器人装配作业为背景,研究了虚拟制造中多机器人虚拟生产平台系统的几何及运动学建模,多机器人协调合作策略,多机器人工作空间分配,机器人手臂的碰撞检验和避碰以及装配线意外故障的处理等关键问题,最络构建起一个完整的多机器人虚拟生产平台。     

蛇形机器人的翻滚运动及其越障研究

提出了一种新型蛇形机器人机构。该机构既可以实现平面运动又可以实现空间运动。建立了其空间运动学模型并实现了空间翻滚运动。实验结果表明：翻滚运动不需依靠模块与地面之间动摩擦力方向差来实现驱动，而是通过模块与地面之间静摩擦力和互相垂直的两个运动平面内异相波的相互作用产生驱动力。翻滚的方向和姿态由两个波形曲线的相差和传播方向决定。利用翻滚运动．实现了少模块数蛇形机器人的越障运动．     

柔性冗余度机器人残余振动主动控制

研究柔性冗余度机器人的残余振动主动控制问题，设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏杆件，建立了受控系统的状态空间表达式，采用独立模态空间控制理论设计LQR状态反馈控制器，并基于对偶原理设计了具有指定收敛特性的Luenberger全维状态观测器，最后，以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，结果表明，采用这种主动控制方法可以显著改善柔性冗余度机器人的动力学品质。