运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法

运动助力机械臂的轨迹跟踪控制是实现高精度工作的关键。由于运动助力机械臂参数存在的不确定性等因素，导致运动助力机械臂轨迹跟踪误差较高，为此，提出了运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法。分析运动助力机械臂空间位置和变换关系，根据运动助力机械臂关节与连杆之间的空间坐标矩阵变换过程，构建齐次坐标变换矩阵，获取机械臂末端执行器的空间位姿矩阵。通过定义机械臂轨迹的相关性特征集，得到机械臂轨迹跟踪误差的校正指标。基于置信概率计算，确定机械臂轨迹跟踪误差校正的约束范围，构建约束参量分析模型。采用遗传算法的原理，求解运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正参数，实现运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正。实验结果表明，所提方法的运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正效果较好，能够有效提高运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正精度。     

平面2R机械臂运动学分析

为了研究平面2R机械臂各连杆的位移关系和速度关系,将机械臂看作一个开式运动链,开链的一端固定在基座上,另一端是自由的,它是由连杆通过转动关节串联而成的,关节的相对运动导致连杆的运动,使末端到达所需的状态。在每个连杆上固接一个坐标系,然后描述这些坐标系之间的关系,通过齐次变换矩阵和雅克比矩阵分别求解运动学正逆解。结果表明:连杆杆长、关节角度会决定末端点位姿;末端点的运动状态也会联动影响关节角度和角速度。     

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。     

轻型协作机械臂运动学及工作空间分析

针对OUR-2机械臂的构形特点,对其进行运动学及空间分析。采用D-H方法建立了OUR-2机械臂的连杆坐标系,得到了以6个关节角度为变量的正运动学方程,并用MATLAB robotics toolbox对机械臂的正运动学进行了仿真。基于蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,并利用MATLAB编程得到机械臂末端的工作空间点云图。     

一种基于指数积的机械臂结构参数标定方法

结合旋量理论和指数积方法，使用伴随矩阵表征关节旋量理论值和实测值之间的对应关系，针对UR10机械臂，在运动学方程基础上建立了一种关节约束条件方程。为了得到机械臂零位位置误差及各关节旋量误差与末端执行器定位误差的模型，对运动学公式取微分，最终确定空间中点对点的距离误差标定模型，利用在不同坐标系下测量的空间中两点间距离恒定的特性，避免了实验时采点的数据从激光跟踪仪坐标系向机械臂基坐标系变换引起的额外误差，为避免关节的奇异性，建立了POE形式的UR10机械臂距离误差模型。采用激光跟踪仪在UR10机械臂实验平台上完成机械臂结构参数的标定实验。对随机生成的60组点进行标定实验，数据表明：全局精确度可达到毫米级别，局部精度可达到误差1毫米以下。     

载体位姿不受控的空间机械臂非完整特性研究

载体位姿不受控的空间机械臂系统,其载体和机械臂之间存在角动量守恒方程约束。由于该约束是非完整约束,所以普通的固定基座机器人运动学理论不能直接用来解决这类空间机械臂系统的运动学问题,基于这类非完整性约束,推出载体位姿不受控空间机械臂的运动学方程,在速度层次上分析这类载体位姿不受控的空间机械臂的运动学问题,并进行由于非完整特性引起载体位姿干扰与奇异问题的仿真研究。     

五自由度机械臂建模与MATLAB仿真研究

首先针对某五自由度机械臂建立机械臂的连杆坐标系,并运用Denavit-Hartenberg方法建立起以关节为变量的机械臂运动模型,采用矩阵逆变换方法,求得运动学的正解和逆解;然后运用MATLAB仿真工具箱Robotics Toolbox进行对应的正逆运动学仿真。结果表明,该研究方法对于关节型机械臂的仿真研究具有重要的实际意义。     

写字机器人运动学分析及仿真

介绍写字机器人的主要机械结构及参数,按Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立操作臂运动学方程,求出笔端在基坐标系的位姿与关节转动变量之间的关系式.在此基础上,利用MATLAB中的SimMechanics工具箱结合Simulink软件包,建立写字机器人运动学仿真模型.仿真实验表明,该模型可以方便地得到笔端运动轨迹及关节转角值,并可以直观地观察机器人的动态运动过程,有利于机器人的分析和优化设计.     

考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制

以空间3R含铰间隙机械臂为研究对象,考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制方法。首先,利用D-H坐标变换法建立不含间隙和含间隙的机械臂运动学模型,分析铰间隙对机械臂末端位姿精度的扰动影响;其次,通过所建立的含间隙三维模型并进行运动学仿真,研究其位姿误差大小;再次,基于减小误差提高精度设计模糊控制器,通过角位移来补偿末端位姿误差,从而得出相应的角位移补偿量;最后,采用补偿后的角位移对含间隙模型进行运动学仿真分析,得出其补偿后的位姿误差。研究表明,采用模糊控制方法,机械臂在x、y方向上末端位姿误差明显减小,其控制效果较好,而在z方向上的误差也有所降低,可见,在模糊控制策略下,补偿后的角位移对关节铰隙机械臂末端位姿的精度误差有明显的减小作用。     

机器人实际几何参数识别与仿真

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度,为了提高机器人的位姿精度,需要对机器人进行标定。讨论了运动学模型的建立方法,基于修正的ＤＨ模型和微分变换关系推导出机器人实际几何参数识别的全部公式。该方法要求测量各关节角的码盘数值和机器人的基坐标系下的位姿。     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率。机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题。通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作空间的截面。针对机械臂有效工作空间的截面积建立数学解析模型,最后运用遗传算法求得满足约束条件下的机械臂有效工作空间最优解和能够实现高效作业的最优结构参数。仿真结果表明,该模型能够有效求解角度与运动约束下的串联式机械臂结构优化问题。     

5_DOF取皿机械臂设计与虚拟样机仿真

根据微生物培养过程中需对培养皿抓取和分拣的工作要求,设计了一款5自由度小型机械臂,通过UG软件建立其三维模型。利用D-H法建立其连杆坐标系并作运动学分析。采用MATLAB建立机械臂数学模型并对其工作空间进行分析与验证。将该三维模型导入到ADAMS软件中进行运动学/动力学仿真分析,得出机械臂各关节角速度、力矩等参数曲线,仿真结果可为该机械臂的物理样机制造与取放皿操作实验提供参考。     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。     

Trajectory Tracking of a Planer Parallel Manipulator by Using Computed Force Control Method

Despite small workspace, parallel manipulators have some advantages over their serial counterparts in terms of higher speed, acceleration, rigidity, accuracy,manufacturing cost and payload. Accordingly, this type of manipulators can be used in many applications such as in high-speed machine tools, tuning machine for feeding,sensitive cutting, assembly and packaging. This paper presents a special type of planar parallel manipulator with three degrees of freedom. It is constructed as a variable geometry truss generally known planar Stewart platform.The reachable and orientation workspaces are obtained for this manipulator. The inverse kinematic analysis is solved for the trajectory tracking according to the redundancy and joint limit avoidance. Then, the dynamics model of the manipulator is established by using Virtual Work method.The simulations are performed to follow the given planar trajectories by using the dynamic equations of the variable geometry truss manipulator and computed force control method. In computed force control method, the feedback gain matrices for PD control are tuned with fixed matrices by trail end error and variable ones by means of optimization with genetic algorithm.     

基于工作空间分析的9自由度超冗余串联机械臂构型优化

提出基于工作空间分析解决超冗余串联机械臂构型选择问题的方法。首先,采用正态分布对求取机器人工作空间的蒙特卡洛法进行改进。用归一化可操作度指标分析机械臂运动的灵活性,用数值仿真的方法得到了最大可操作度值与随机关节角组合的数量之间的关系,提出求取灵活工作空间的算法。其次,基于得到的工作空间,提出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。然后,分析多自由度串联机械臂构型设计方法,针对9自由度超冗余串联机械臂,确定出了36种待选择的构型方案。仿真分析9自由度超冗余串联机械臂的工作空间,在待选构型中选取了一组最优构型。结果表明：改进的蒙特卡洛法生成了精确的工作空间;体积求取算法效率较高,相对误差小于1%;所选构型的工作空间指标优于已研制的构型,其中可达工作空间体积提高了26.49%,灵活工作空间体积提高了36.63%。     

Motion capability analysis of a quadruped robot as a parallel manipulator

This paper presents the forward and inverse displacement analysis of a quadruped robot MANA as a parallel manipulator in quadruple stance phase, which is used to obtain the workspace and control the motion of the body. The robot MANA designed on the basis of the structure of quadruped mammal is able to not only walk and turn in the uneven terrain, but also accomplish various manipulating tasks as a parallel manipulator in quadruple stance phase. The latter will be the focus of this paper, however. For this purpose, the leg kinematics is primarily analyzed, which lays the foundation on the gait planning in terms of locomotion and body kinematics analysis as a parallel manipulator. When all four feet of the robot contact on the ground, by assuming there is no slipping at the feet, each contacting point is treated as a passive spherical joint and the kinematic model of parallel manipulator is established. The method for choosing six non-redundant actuated joints for the parallel manipulator from all twelve optional joints is elaborated. The inverse and forward displacement analysis of the parallel manipulator is carried out using the method of coordinate transformation. Finally, based on the inverse and forward kinematic model, two issues on obtaining the reachable workspace of parallel manipulator and planning the motion of the body are implemented and verified by ADAMS simulation.     

Kinematics and dynamics analysis of a novel serial-parallel dynamic simulator

A serial-parallel dynamics simulator based on serial-parallel manipulator is proposed. According to the dynamics simulator motion requirement, the proposed serial-parallel dynamics simulator formed by 3-RRS (active revolute joint-revolute joint-spherical joint) and 3-SPR (Spherical joint-active prismatic joint-revolute joint) PMs adopts the outer and inner layout. By integrating the kinematics, constraint and coupling information of the 3-RRS and 3-SPR PMs into the serial-parallel manipulator, the inverse Jacobian matrix, velocity, and acceleration of the serial-parallel dynamics simulator are studied. Based on the principle of virtual work and the kinematics model, the inverse dynamic model is established. Finally, the workspace of the (3-RRS)+(3-SPR) dynamics simulator is constructed.

     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

搬运机械臂的初始加速度和速度连续运动规划研究

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏。针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案。首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型。其次,为实现关节加速度和速度从0开始连续变化,在关节加速度及速度上引入约束函数进行调整。再次,为减少机械臂末端执行器在任务执行期间出现的位置误差,采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度。最后,在MATLAB软件上针对平面三连杆机械臂以及冗余度机械臂PA10进行了运动规划仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂初始关节加速度和速度跳变,且末端执行器跟踪轨迹能达到较高的精度。     

带闭链的五自由度工业机器人动力学解析模型

提出了一种建立带闭链的工业机器人动力学解析模型的方法。设想将闭式链的某一非主动关节的运动副断开 ,其运动关系用约束方程来代替 ,形成带有附加约束的等效系统 ,然后基于 Kane动力学方程 ,导出了显式形式的动力学方程。并将部分变量处理为符号量 ,其余变量处理为数字量 ,从而获得了动力学解析模型中各模型矩阵元素的数字 -符号表达式 ,并给出一实例进行说明