机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进和体积求取

针对传统的蒙特卡洛法求解机器人工作空间时精确度不够的问题,提出了一种改进的蒙特卡洛法。用传统的蒙特卡洛法生成一个种子工作空间,基于标准差动态可调的正态分布对种子工作空间进行扩展。在扩展过程中设定一个精度阈值,确保得到的工作空间中每个位置都能被准确的描述。基于得到的工作空间,提出了一种体元化算法求取工作空间的体积,寻找到工作空间的边界部分和非边界部分,通过对边界部分的不断细化,降低了体积求取误差。为了验证算法的有效性和实用性,以九自由度的超冗余串联机械臂为例,对本文改进的蒙特卡洛法和提出的体积求取算法进行仿真分析。结果表明:采样点数量相同时,改进的蒙特卡洛法生成的工作空间边界光滑,"噪声小";得到精确的工作空间时改进方法需要的采样点数仅是传统方法的4.67%;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;求得的工作空间体积可用于评估机械臂性能,为后续机械臂构型优化奠定了理论基础。     

基于Alpha Shapes三维重建原理的机器人工作空间求解方法

工作空间是机器人的一个重要运动学指标,对工作空间进行分析是手术机器人结构优化和手术规划的重要环节。首先应用蒙特卡罗法求解得到了工作空间点云;采用按角度划分法对工作空间点云进行了边界提取;基于所提取的边界点,运用Alpha Shapes算法对工作空间进行了三维重建。相比传统工作空间曲面求解方法,该算法可以通过调整参数来适应不同类型的工作空间,具有很好的精度和通用性。最后运用数值积分方法求解出了工作空间体积,为机器人实施手术奠定了基础。     

基于蒙特卡洛法的喷涂机器人工作空间分析及仿真

根据喷涂机器人工作情况,在求解多关节喷涂机器人的工作空间时,比较当前各种机器人工作空间求解方法,提出采用蒙特卡洛法分析其工作空间并通过机器人正向运动学方程求解得到机器人末端点的集合,从而有效地得到六自由度喷涂机器人的可达工作空间,取得了良好的效果.     

压力容器检测机器人的灵活性分析

针对某一种密闭压力容器检测机器人工作空间灵活性的问题,首先运用D-H法对该机器人进行建模,利用Monte Carlo法对机器人的工作空间进行Matlab仿真;然后借用服务球的概念建立了机器人工作空间任意点的灵活度的计算方法,利用灵活度的概念对机器人工作空间内给定点的灵活度进行了求解,对机器人给定工作空间截面上的灵活度分布进行了仿真与分析;最后研究了关节尺寸对机器人工作空间中给定点灵活度的影响。结果表明,机器人在工作空间满足任务需求的前提下,关节尺寸越小,灵活性越好。此研究为关节型机器人的尺寸优化、路径优化、灵活性分析提供了参考。     

面向目标空间高灵活性的协作机器人尺寸优化

为提高协作机器人在目标空间内避开实时障碍物的灵活性,提出了一种综合性优化指标并对其关键杆件进行尺寸优化。首先,对优化的协作机器人进行运动学分析,建立数学模型,求解可达工作空间;然后,以拿取任务路径为参考,选取目标空间,定义灵活性综合评价指标为优化目标,运用粒子群算法对关键尺寸参数进行优化设计;对比了优化前后机器人灵活工作点在任务空间内的分布。结果表明,优化后的机器人灵活工作点占比明显增大,验证了该优化设计方法的有效性。     

排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法

针对传统机器人操作臂灵活度优化方法忽略了获取机器人雅克比矩阵奇异值,导致操作臂灵活度过程效率降低,排爆准确度得不到明显提高。提出排爆机器人五自由度操作臂灵活度优化方法。首先对操作臂构造动力学模型,获取拉格朗日动力学方程及相关参数,对姿态概率系数和可操作度进行描述。以五自由度操作臂工作球为基础分析操作臂姿态概率系数;针对操作臂的可操作度,通过排爆机器人雅克比矩阵奇异值实现构造,建立操作臂在工作空间内的灵活度优化目标函数,通过遗传算法对目标函数进行求解,实现排爆机器人操作臂灵活度的优化。实验结果表明,所提方法优化性能佳,可有效提高操作臂灵活度。     

微创手术机器人的工作空间分析

手术杆末端的可达工作空间直接影响到手术区域的规划.基于正运动学分析,得到手术杆末端位置与各关节变量的函数关系,运用蒙特卡罗法求解末端位置集合,并在Matlab中绘制工作空间云点图;采用二维曲线生成曲面的方法分析工作空间边界,利用重积分原理求解其体积;最后运用几何代数相结合的方法对工作空间进行了仿真.为该机器人进行实际的微创手术奠定了基础.     

一种3自由度并联机器人可达工作空间姿态分布研究

应用数值解法求解了一种三自由度并联机器人的可达工作空间,在分析可达工作空间的基础上,得出此并联机器人可达工作空间的姿态分布可以由ZC值处于工作空间中部时所得到的可达工作空间曲面的姿态分布代表的结论。然后提出一种可达工作空间曲面切割方法,通过分析切割曲面所得曲线的特征,求解出可达工作空间的姿态分布。     

一种工业机器人的运动学分析与工作空间性能研究

设计了一种工业机器人的结构,这种机器人主要特点是:肩关节和肘关节的运动通过平行四边形机构引出,利用滚珠丝杠传递运动,提高了精度并且具有较大的结构刚度,也有利于提高机器人的动力学性能。同时保留了串联机器人具有较大的工作空间的特点。针对这种机器人进行了运动学分析,并提出了一种工作空间求解改进的描点法,随后又提出一种工作空间求解的边界分析法。结果显示,工作空间的边界分析法求解方法运算量小,求得的结果清晰明了;然后对所求解的工作空间体积进行了计算,并计算了机器人工作空间性能指标,分析证明了这种机器人具有良好的工作空间性能。     

6DOF焊接机器人运动学分析及仿真

研究中厚板材的大范围跨度和无突变性焊接的关键技术,以保证液压支架的焊接效率、精度和质量.这里以工业用6DOF焊接机器人SR165为研究对象,基于D-H参数建模方法对焊接机器人SR165的正、逆运动学进行求解,采用蒙特卡罗法分析了该机器人的有效工作空间,利用MATLAB工具箱对其手腕末端点(TCP)进行工作空间云图、角位...     

基于Matlab对于PUMA560机器人的运动空间分析研究

通过建立PUMA560机器人空间坐标系并确定连杆参数,利用D-H方法建立了运动学模型,在考虑每个连杆参数边界条件的基础上对其运动学方程求解,利用Robotics Toolbox模块对机器人运动进行了仿真,并利用MATLAB生成机器人工作空间图像,通过图像得到不同步长对于工作空间范围和密度的影响;通过对机器人工作空间及运动轨迹的分析,求得机器人杆长对其工作空间的影响系数,利用MATLAB对不同步长的工作空间范围及密度进行仿真、比较。结果可知:机器人的工作空间是由一近似的椭圆体构成,步长越小,密度与工作空间的精准度越高。为机器人的误差分析和结构优化设计提供理论依据,为机器人的动态控制以及机器人结构的动态特性研究奠定基础。     

7自由度自动铺丝机器人参数化的自运动流形

提出了一种分析冗余自由度机器人运动学逆解的自运动流形方法。对冗余自由度机器人工作空间中的点,根据关节空间流形和工作空间流形之间的映射关系,采用点的自然坐标作为独立的运动参数来分析冗余自由度机器人的自运动流形,然后把所提出的方法应用到7自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析中,得出7自由度自动铺丝机器人的自运动流形。把采用参数化分析方法得到的7自由度自动铺丝机器人的自运动流形曲线和采用数值方法得到的自运动流形曲线进行对比,结果发现,采用参数化的分析方法得到的自运动流形曲线和采用数值方法得到的自运动流形曲线高度吻合,所以采用参数化的分析方法来求解冗余自由度机器人的自运动流形,是求解冗余自由度机器人运动学逆解的一种有效方法。     

MOTOMANGP180型工业机器人的建模与仿真研究

基于运动学理论基础,利用标准D-H参数法对MOTOMAN-GP180型工业机器进行建模,得到机器人连杆坐标系模型,根据变换矩阵通式求解出机器人正运动学方程,并对机器人逆运动进行分析,再将D-H参数代入Matlab中的机器人工具箱进行三维模型的建立,正运动学求解函数Fkine仿真得到的数据与公式计算数据一致,证明模型建立正确.利用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行求解,得到的空间图显示满足大多数场景工作要求.针对机器人搬运过程中的点到点的轨迹规划,采用五次多项式插值的方式轨迹进行优化,最终得到6个关节的位置、速度、加速度曲线平滑且连续,为该型号机器人的运动学研究提供了新思路.     

3-PRS并联机器人概念设计与运动特性研究

提出一类拓扑构型为3-PRS的少自由度并联机器人的概念设计方案。基于旋量理论,研究了所提3-PRS并联机器人的自由度。计算结果表明,所提3-PRS并联机器人为一类具有1移动2转动(1T2R)运动能力的3自由度并联装置。在自由度分析的基础上,进一步构建了3-PRS并联机器人的运动学模型。通过求解闭环矢量运动方程,给出了该类并联机器人的运动学逆解的解析表达。基于所求的运动逆解,构建了考虑机器人几何约束的可达工作空间搜索流程,并据此给出了3-PRS并联机器人的可达工作空间映射。最后,通过参数灵敏度分析,揭示了3-PRS并联机器人主要尺度参数对其可达工作空间的影响规律。研究结果表明,3-PRS并联机器人各尺度参数对其可达工作空间的影响程度不尽一致,在进行机器人尺度综合时,应重点关注动平台半径的影响。     

巡逻机器人机械臂运动学与工作空间分析

针对巡逻机器人机械臂控制问题,首先建立了该六自由度机械臂的D-H坐标系,求解机械臂正逆运动学,并基于蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行分析,通过MATLAB实现,得到机械臂工作空间的三维点云图,分析得出机械臂的可达工作范围,为今后对巡逻机器人的运动控制与路径规划等研究方向奠定了基础。     

基于重叠率指标的机器人加工中心布局优化

采用多机器人加工中心对汽车仪表台进行修切加工,可以提高加工质量和效率。根据多机器人加工中心的工作特点,简化了工作空间,并根据机器人加工时的姿态要求,求解出有效工作空间。提出了以工作空间在目标区域的重叠率为评价指标,完成对多机器人加工中心的布局优化。优化结果表明:重叠率由33.5%提升至76.3%,加工效率提升20.7%,充分证明了该方法的有效性。     

采用直线模型的相机参数优化方法

提出了基于直线模型的相机在线标定算法。该方法通过自动跟踪视频中物件的边缘,在线求解相机系统内外参数,同时建立物件边缘同图像边缘的对应关系。然后,利用物件边缘同图像边缘的对应关系,在相机内外参数初值的基础上,通过构建融合边缘端点信息的误差函数,迭代优化求解相机内外参数。进行了仿真和实物实验,分别使用提出的基于直线的标定方法和传统的基于棋盘格内角点的方法标定了相机内外参数,并对两种方法的标定结果做了对比。结果显示:在仅使用边缘信息的条件下,本文方法可以获得同传统的标定法一致的精度,标定后重投影误差(RMS)为0.6pixel。本文方法利用具有标准尺寸的物件即能实现相机内外参数的估计,且无需制备平面靶板便可获得与传统方法相同的标定精度,标定过程更为灵活,有实用价值。     

工业机器人空间位置精度预测模型研究

预测工业机器人空间位置精度对高精度加工具有重要影响,分析影响其空间位置精度的因素,提出一种考虑结构参数误差及关节刚度、摩擦特性参数的空间位置精度预测模型。应用激光跟踪仪辨识工业机器人结构参数与名义值间存在的偏差,分析关节转角偏差随工况的变化,提出关节刚度和关节摩擦参数辨识方法,在ADAMS环境下建立空间位置精度预测模型。以UR5机器人为实验对象,API激光跟踪仪为测量仪器对其空间位置精度进行测量,与预测模型输出结果进行对比,实验结果表明,该模型可准确预测工业机器人空间位置精度,预测精度可达0.5mm。     

球面3自由度串联机器人工作空间的研究

首先研究了球面3自由度串联机器人的可达工作空间,并对之进行了分类;在讨论了空间球面四杆机构曲柄存在条件的基础上,对该机器人的灵活工作空间进行了研究;采用保角变换的理论,把该机器人可达工作空间、灵活工作空间的形状在平面上表达出来。这些结果对设计者系统地了解和掌握该机器人工作空间性能有着很重要的意义。     

焦炉仿蝎测温机器人执行机构分析

针对焦炉炉顶环境恶劣,人工测温精度低,设计了一种用于焦炉测温的仿蝎机器人,该机器人由行走机构和执行机构两部分组成。对测温机器人整体结构建模,对机械臂进行运动学方程求解和仿真分析,并对其运动轨迹进行了规划;对炉盖提放机构进行工作空间分析,求得末端机械手可达的空间范围;制作机器人物理样机,对机器人测温机械臂进行了定位验证,误差在2 mm范围内;对提放盖机构进行工作空间验证,可达到蒙特卡洛法求得的工作空间,为后续实际测温奠定了基础。