随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析

将虚拟仿真方法、Bekker模型、Newmark-β法相结合,分析了打顶部锚杆孔时掘锚联合机的非线性振动特性。采用DYNA虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷,利用采样定理对载荷进行离散化处理,作为钻头的随机工作载荷;采用Bekker模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为,再根据牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振动方程,利用Newmark-β法对方程进行了求解,分析了整机的振动特性,结果表明：受履带与底板间非线性接触力的影响,整机振动处于混沌态;锚杆钻机工作时,整机虽然存在着俯仰和横滚振动,但振动量很小,整机的竖直振动占主导地位。对掘锚联合机的振动特性进行了现场实验,测量打10组锚杆孔时掘进机本体的振动量,测量结果中有6组的振动量均方根值接近仿真值（1.5mm）,实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。     

掘锚联合机工作稳定性仿真分析

研究了钻孔机械手及掘进机工作时整机重心的时域振动特性,分析了机械手对整机工作稳定性的影响。应用多体动力学软件RecurDyn建立掘锚联合机组的虚拟模型,以钻头的随机模拟载荷作为激励条件,以整机重心作为响应输出,研究了机械手钻孔工作时,掘进机重心的振动响应,验证了钻孔机械手工作过程中的稳定性;对比分析了掘进机、掘锚联合机截割工作时,整机重心的振动响应,分析了钻孔机械手对原掘进机截割稳定性的影响;研究结果表明:钻孔机械手工作稳定,并且其对掘进机的工作性能影响很小,能够满足实际工况。     

微创外科手术机器人6自由度操作手运动学分析

微创外科手术机器人6自由度操作手是微创外科手术机器人的重要组成部分,是进行手术的主体.而操作手的运动学正逆解是对外科手术机器人进行研究的关键技术之一.文中运用D-H法对外科手术机器人运动学正解进行了研究,且根据位姿分离的方法求解出了运动学逆解,并采用MATLAB中的SimuLink对运动学正逆解进行了仿真验证,从而为微创外科手术机器人的进一步研究奠定了基础.     

双臂6R服务机器人的运动学研究及仿真

针对双臂服务机器人运动学的逆解问题,根据其构型特点提出一种逆运动学求解方法。首先,根据机械臂的结构特点,采用标准DH法对其进行建模,得到双臂的正运动学模型,同时采用逆变换方法将机械臂的姿态用欧拉角表示,进而得到机械臂位姿的一组广义坐标;然后,采用几何法和坐标系投影法对双臂6R机器人进行逆运动学求解,经分析计算后最多可得8组封闭解,并选取最优解;最后,基于MATLAB建立双臂的3D仿真运动平台,验证了逆运动学求解的正确性,为机械臂的轨迹规划和避碰奠定基础。     

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。     

六自由度工业机器人3D仿真系统研究

建立了六自由度工业机器人的D-H连杆坐标系,由此采用正运动学算法求解出以末端位置矢量和欧拉角表示的末端位姿,采用代数解析法对机器人逆运动学进行求解,并对多解问题用综合优选算法进行筛选从而得到最优解。运用Microsoft Visual C#2015的WPF内置3D渲染建模引擎构建六自由度工业机器人矢量旋转矩阵,采用C#编程语言设计运动控制逻辑。通过生产现场验证了正、逆解及综合优选算法的正确性,并且实现了机器人实时数字3D运动位姿和实际末端位姿保持一致。     

人体骨盆位姿模拟机构的运动学分析及仿真

根据人体骨盆的运动规律,设计了一种4自由度人体骨盆位姿模拟机构.建立了人体骨盆位姿模拟机构的正运动学模型和逆运动学模型,并推导出了机构的雅可比矩阵.基于机构的运动学模型建立了仿真模型,并采用MATLAB/Simulink对人体骨盆位姿模拟机构进行了仿真分析.仿真结果表明:该机构方案是可行的,能够模拟人体骨盆的运动规律.同时仿真结果也验证了运动学模型的正确性.     

回采巷道掘锚一体机快速掘进技术研究

为加快回采巷道掘锚一体机国产化进程,针对掘锚一体机的电动综合保护、同步行走控制以及自动掘进控制三个关键技术进行研究,并进行试验分析。试验数据结果验证了用于回采巷道的掘锚一体机可满足设计要求,能够适应回采巷道实际工况,同时为掘锚一体机的国产化提供理论和工程依据。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

基于自运动的7-DOF机械臂逆运动学研究

针对一种7自由度典型机械臂构型的逆运动学问题,根据机构特点和自运动性质提出一种解析算法。首先对该冗余机械臂的自运动性质进行分析,其为平面四杆运动。采用冗余角对自运动进行描述,并分析机械臂末端位置和杆长对自运动的运动形式和冗余角变化范围的影响。然后基于自运动特性,将冗余角作为一个约束条件,结合位姿分离法,求出该机械臂的逆运动学解析算法。最后通过数值算例进行验证。该方法针对某一特定位姿求出所有的理论逆解。相对于传统的数值解法,该方法不存在理论误差,相邻位姿点相互独立,不存在误差积累。     

基于工作区域划分定位法的煤炭采样机械臂逆运动学分析

为了实现对煤炭采样机械臂的精确控制,对采样机械臂的逆解结果进行了择优确定。通过运动学逆解求得逆解组,并采用工作区域划分定位法,在划分好的工作区域内定位出所属区域,根据所属区域内各连杆的运动范围,确定出在少移动大关节,多移动小关节的择优原则下的运动学逆解的最优解,并通过随机选择采样机械臂的工况下的目标位姿,将目标位姿和逆解结果产生的位姿进行了对比,其误差完全符合工作需求,验证了该方法的正确性。得到了各关节运动量,实现了采样机械臂末端执行器的精确定位。     

摆幅可调型足部康复机器人的设计与运动学分析

提出了一种摆幅可调型足部康复机器人。根据踝关节运动方式和足底穴位分布,设计足部康复机器人的整体结构,并且重点介绍了摆幅可调传动机构的运动原理。运用反转法进行传动比计算,采用坐标变换法对机构踏板的位姿进行运动学求解,再通过位置逆解析得到踏板姿态角的运动方程。利用SolidWorks软件对虚拟样机进行运动学仿真,将仿真数据与理论数据对比,验证了理论分析的准确性和机构设计的安全性。最后,对摆幅调节的关键参数进行了分析。     

3-UPU并联机构运动学及工作空间研究

根据3-UPU并联机构的结构特点,采用新型数值算法求得机构运动学逆解;通过对机构运动学逆解复合求导,快捷地得到了机构运动学雅可比矩阵;进而对机构进行奇异性分析,得到机构处于奇异位姿时的三种情况;最后,运用极限搜索法结合MATLAB软件求得机构的工作空间。为该型并联机构参数优化等研究奠定了理论基础。     

基于天牛须搜索与差分进化的机械臂逆解研究

为简化机械臂逆运动学求解方法与提高解的精度,增强方法的普适性,利用智能优化算法,将运动学逆解变为最优化问题。首先,根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数,结合最佳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;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误差调节系数;其次,把个体寻优出色的天牛须搜索与群体优化性能出色的差分进化算法融合,以此提高算法的收敛精度与速度;最后,对6R机械臂与冗余机械臂进行了逆解实验。结果表明,所提算法收敛精度高、速度快、通用性好。     

基于旋量的模块化机器人运动学分析及仿真

主要研究了不依赖于构型的旋量运动学自动建模方法。基于模块库搭建出不同自由度的模块化机器人,通过此旋量运动方法可对每种构型使用公式进行正运动学分析,使用迭代算法进行逆运动学分析。在进行用户界面编程、轨迹规划和仿真后,以其中一种构型进行验证,得到了运动位姿、末端轨迹和各关节参数与时间的关系曲线,证明了这种方法的通用性和准确性。     

含平行四边形结构的6R工业机器人运动学计算与验证

针对应用于磨抛领域、含平行四边形结构的6R工业机器人进行结构分析,阐述了结构优越性和机构运动规律,在保持传统D-H模型不变、不增加齐次转换矩阵数量的情况下,建立其D-H模型,确定了修正后的第二关节角与第三关节角参数,计算得到含参正运动学解析解,对正运动学空间位姿闭环方程进行矩阵拆分、对含关节角的旋转矩阵对角化,构造关于逆运动学的六元非线性方程组。在此基础上,使用MATLAB软件建立运动学模型,计算正逆运动学数值解,将正、逆运动学解与Robot Studio结果进行对比分析,正运动解与Robot Studio结果相对误差总体保持≤±5ppm,绝对误差总体保持≤±3μm,逆运动学结果与Robot Studio同时保留小数点后两位的数值完全一致,验证了运动学分析计算的正确性和有效性。     

掘锚一体机快速掘进技术研究

为促进矿用掘锚一体机快速掘进,以大同矿区掘锚一体机为研究对象,结合掘锚一体机的主要技术参数与特点,分析了影响掘锚一体机实现快速掘进的因素,并提出了部分改进优化措施。通过综合应用这些措施,促进了掘锚一体机性能的最大发挥,巷道实现了快速掘进。实际应用结果表明,晋能控股煤业集团燕子山矿日进尺从原来的8 m提高到12 m,日进尺最高达到了18 m,有效提高了巷道掘进效率,实现了高效掘进。     

王家岭矿快掘成套装备小半径直角转弯施工切眼实践研究

王家岭矿由于顶板条件制约,大型快掘设备无法采用大半径直角转弯施工切眼。为此,通过多次研讨推演,采用分机式逐步转弯工艺及方法成功实现掘锚一体机小半径直角转弯施工12304切眼;巷道成型好,掘进速度快,掘锚一体,保持了顶板完整性,锚杆（索）支护效果好;为今后矿井其他切眼及顺槽巷道硐室采用掘锚一体机快速成巷提供了坚实的基础。     

IRS-300六轴机器人运动学建模与参数仿真分析

为了研究机器人正逆运动学的差异性和各关节在运动过程中的变化情况,对IRS-300六自由度关节式机器人运用经典D-H法进行运动学分析,得出正逆运动学解析式,借助MATLAB软件进行仿真计算,通过计算结果证明该差异的存在.结合机器人三维仿真模型,按照末端执行器位姿要求对机器人进行仿真,得出该机器人的路径信息和各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线.结果表明:该机器人结构参数可以高效地表达期望位姿,对机器人轨迹规划具有实际指导意义.     

机器人加工几何误差建模研究:Ⅱ参数辨识与位姿优化

根据所构建的空间运动链,机器人加工几何误差一方面与手眼/工件/工具位姿参数辨识误差有关,另一方面与机器人关节运动学误差与弱刚度变形有关.针对这一问题,研究基于运动学误差补偿的手眼位姿参数辨识、考虑测量缺陷影响的工件位姿参数辨识、基于实际加工曲面误差估计的工具位姿参数辨识等新方法,解决位姿参数辨识精度受限于机器人运动精度、现场测点不封闭/密度不均/高斯噪音、加工抖动/受力变形/回转轴误差等多种因素影响的问题;综合考虑关节运动学误差、弱刚度变形、误差补偿,以整体误差控制为目标,建立加工误差补偿与机器人位姿优化通用模型,可推广应用于法向深度(磨削/铣削)、切向滑移(制孔)、角度倾斜(切边)等多种机器人加工误差控制;完成手眼/工件/工具位姿参数辨识试验、整体误差补偿与机器人加工试验,验证所提方法的有效性.