带电作业机器人机械臂动力学建模与运动规划

研制了一种双臂、双机械手的绝缘子串更换带电作业机器人.分解了机器人作业过程中机械臂的运动.利用拉格朗日法并结合关节电机电枢电压方程对机器人机械臂基本动作进行动力学建模,得出机械臂基本动作的统一动力学模型,计算出机械臂2的动力学方程,提出基于五次多项式插值的机械臂运动轨迹规划方法,计算出机械臂2各关节运动方程.在ADAMS环境下进行机器人机械臂动力学和运动学仿真,结果验证了动力学模型的正确性,同时各关节运动轨迹规划满足运动学要求.最后在实际线路上进行机器人带电更换绝缘子串实验,结果表明机器人机械臂各关节运动获得了较好的动态性能,验证了本文提出的五次多项式插值机械臂运动轨迹规划具有较强的工程实用性,进一步提高了机器人的作业效率和稳定性.     

空间机械臂避障轨迹规划的遗传算法应用

空间机械臂系统往往存在着一些特殊需求,并且在系统运转的过程中出现了一种空间机械臂轨迹规划方法,使得机械臂在遵从样条轨迹运动的时候,能够避开所有的障碍。在这一过程中不仅使用加权系数法进行笛卡儿空间机械臂末端轨迹长度和运动过程中关节最大扭矩等建立,还需使用遗传算法在关节空间下规划满足裕度要求和运动时间较短的理想轨迹。另外,空间机械臂避障轨迹规划的遗传算法应用的时候,其本身的拓展性是比较强的,需要通过多次分解轨迹求取中间点,使机械臂避开障碍,使用这一方式能够在进行C语言建立的空间机械臂仿真平台中实施验证处理,结果显示,这一轨迹能够促使空间机械臂的性能要求得到满足。     

七自由度机器人运动学分析

浮渣铲除机器人是一种为了代替在高温、高粉尘环境下工作的人工劳动而设计的七自由度串联关节型机器人,研究其机构运动学,建立机器人手臂运动的数学模型,为控制机器人的运动提供分析的方法和手段,为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定的功能提供一种高效、方便的方法.     

复合机器人工业搬运系统的研究与应用

复合机器人由具有自主导航的运动底盘和机械臂组成,自主导航运动底盘具备移动功能,而机械臂则具备抓取能力,这两个功能的相互融合使得复合机器人能够执行更为复杂的动作。文章开发了基于机器人操作系统(ROS)框架下的复合机器人工业搬运系统,重点论述了复合机器人搬运系统中的搬运控制问题与循迹自主导航问题,并探索如何提高其搬运效率和精确性。通过设计和实现一个可靠的控制与自主导航策略,使复合机器人能够准确地执行工件的搬运任务。     

三自由度机械手测量臂的应用实例与精度分析

三自由度测量臂的测量对象为沿X、Y、Z三个坐标轴的平动,即仅对运动部件进行位置跟踪与测量。测量臂是通过安装在各关节上的传感器来测量各关节的相对运动,从而间接实现对末端执行器的位置测量。因此,该问题属于机器人运动学的正问题。     

面向六关节机器人的位置域控制

多轴联动下的串联多关节工业机器人在空间轨迹运动时,在时间上保证各关节轴单独具有良好的跟踪性能,而由于机械电气的迟滞效应,并不能完全保证理想的轮廓轨迹,这说明各个伺服轴的运动在几何空间中的同步非常重要。针对运动指令与实际位置之间的迟滞所带来的机器人末端轮廓精度不高的问题,本文结合工业机器人现有的运动学和动力学以及传统的PID控制理论,研究了六关节机器人位置域控制算法。将机器人空间轮廓轨迹的控制,通过采用主?从运动关系实时建立的方法,将时域中的各个伺服关节的同步控制方法,变换到位置域的各个伺服关节的主?从跟随的控制方法,在实现位置域的同步控制的同时,引入基于位置域的PD控制,减少了主?从跟随控制的跟随误差,从而整体提高机器人末端的轮廓运动精度。该方法在Linux CNC(Computerized Numerical Control)数控系统上,以某公司HSR-JR605机器人为对象进行了实验,证明采用位置域控制方法对六关节机器人空间运动轨迹精度的提高有积极作用。      

螺旋桨清洗机器人超灵巧机械臂设计

针对轮船螺旋桨清洗时因空间结构曲面复杂而难清理的问题,设计一种搭载于水下吸附式机器人载体上的射流超灵巧机械臂(hyper-dexterous manipulator,HDM)清洗装置.结合无骨架类生物肌肉高自由度特点构建超灵巧机械臂结构,采用虎克铰接的连接方式替换相邻关节连接处的柔性构件,兼顾了高压水射流承载压力高的特点.运用几何分析法对单端机械臂进行正逆运动学建模,基于多关节连杆变换通式推导出基于等圆弧假设下的机械臂模型,进而得出其多关节驱动空间与操作空间的映射关系.仿真实验和物理实验对比结果表明,所设计的机械臂能够达到期望的操作空间位姿,并能在加载实验下保证一定的鲁棒性.     

粤港澳大湾区背景下东莞市传统制造业转型升级研究

基于七关节机械臂的解析解,提出了一种新的机械臂轨迹控制算法,该算法基于双插补方法,其关键点在于利用机械臂腕部关节中心点的位置向量,通过推导这一向量在轨迹规划器TP中的插补运算方程,实现了机械臂运动轨迹的平滑规划。此外,该算法根据腕部中心点位置向量计算出第七关节的旋转角度,在每个插补周期内,算法计算得到的旋角值被添加到通过解析解计算出的逆解关节向量的第七关节角度值上,这实现了对机械臂关节轨迹的高精度控制。同时,通用的梯度投影法计算一组关节角度值作为解析解的备选解,实现了避免奇异点的影响的效果。这一方法的有效性在LinuxCNC实时控制平台和Matlab仿真平台上经过了充分实验验证,以机械臂的末端精度作为主要评估指标。研究结果表明,相较于传统的梯度投影法等算法,该算法在机械臂关节轨迹控制中具有显著的优势,特别是在提高末端精度和误差控制方面表现出明显优势。这一研究的成果为工业自动化领域提供了一种更可靠、高效的七关节机械臂轨迹控制方法,有望促进工业机械臂应用的进一步发展,为生产过程提供更高水平的精度和效率。     

悬臂式斗轮堆取料机工作空间求解与分析

以悬臂式斗轮堆取料机为研究对象,通过分析其结构组成,将其类比为由1组滑动关节和3组转动关节构成的4自由度连杆装置。根据机器人运动学相关理论,利用目前通用的机器人运动学建模方法(D-H法)建立悬臂式斗轮堆取料机的运动学模型。在Matlab中,利用Robotic Toolbox相关函数编写程序得到其运动学仿真模型,并驱动各关节运动得到仿真结果。最后结合蒙特卡罗法在Matlab中编写程序得到悬臂式斗轮堆取料机的空间工作范围,并引入工作空间影响系数研究堆取料机关节参数变化对其工作空间的影响,从而为悬臂式斗轮堆取料机的设计和选用提供指导和参考。     

基于ANFIS的挖掘机器人挖掘轨迹仿真

为提高液压挖掘机器人工作装置挖掘作业轨迹规划控制精度,将挖掘机器人工作装置简化为斗杆、铲斗两关节二维机械臂进行分析.在建立逆运动学模型时,要将铲斗末端位姿空间与工作装置关节空间和油缸空间联系起来进行轨迹规划,以便在各个空间实现对挖掘机器人的控制.为提高跟踪期望轨迹精度,采用两个自适应神经模糊推理系统(ANFIS)分别学习两个关节的(x,y)坐标与关节角间的逆映射关系,建立了ANFIS逆映射模型.选取逆映射间的输入、输出曲面数据训练ANFIS结构,得到模糊模型的输入、输出映射曲面,实现给定的期望挖掘轨迹,获得相应的关节角.最后将得到的模糊模型用于跟踪期望的运动轨迹,仿真表明跟踪精度能够满足实际要求.     

高压输电线路带电检修机器人作业臂运动优化

针对完全依靠人工带电拧紧高压输电线路引流板螺栓作业效率低、劳动强度大、高空和高电压危险的问题,研制了一种双臂和双机械手的引流板螺栓拧紧带电检修机器人.通过各关节的轨迹规划双作业臂及其末端由初始位姿运动到螺栓螺母对准状态是机器人顺利完成检修作业的关键.针对现有多项式插值关节轨迹规划依赖于轨迹端点时刻,导致该方法实用性差及关节轨迹运动过程中忽略驱动机构对关节状态制约的问题,提出基于Min-Max时间标准化的改进多项式插值关节轨迹规划方法.基于该方法,以关节运动时间为优化对象,提出满足关节轨迹运动全程约束条件的关节运动时间区间范围的求取方法.通过仿真实验验证了改进算法关节轨迹仅与轨迹端点状态及运动时间有关,而与端点时刻无关,进一步淡化轨迹端点时刻对关节轨迹的影响,提高算法的实用性.通过选取最优关节轨迹运动时间,满足了关节状态全程状态约束要求,从而避免超调的发生,优化了各关节运动轨迹,提高了关节运动的效率.最后通过现场试验进一步验证改进算法的工程实用性.     

基于EtherCAT总线的七自由度机械臂的隐蔽攻击技术

针对七自由度机械臂控制系统提出了一种七自由度机械臂隐蔽攻击模型。首先基于推导的机械臂逆运动学方程,对基于EtherCAT总线的七自由度机械臂进行运动规划与建模;其次,根据粒子群算法的研究与分析,提出了基于混沌理论的多种群粒子群优化的七自由度机械臂系统PID参数辨识算法;最后搭建了七自由度机械臂的攻击实验平台并使用辨识的参数结合隐蔽攻击原理开展了机械臂系统的攻击实验,并且将所提出的隐蔽攻击技术与其他传统攻击技术进行了比较。结果表明,所提出的七自由度机械臂隐蔽攻击方法可以破坏机械臂系统的数据完整性和准确性,并且具有很好的隐蔽性,验证了所建立的攻击模型的有效性和可行性。      

高速公路绿篱修剪机器人手臂避障路径规划

针对非结构环境下高速公路绿篱修剪机器人手臂实时准确避障问题, 提出一种基于扰动人工势场法的避障路径规划解决方法.根据绿篱隔离带与障碍物分布情况, 设计智能修剪机器人执行机构, 构建包络障碍物简化模型, 分析机械臂与障碍物的碰撞条件, 求解机械臂在修剪过程中的避碰空间.引入斥力场调节策略来优化势场模型, 建立斥力场扰动机制调整斥力影响方式, 消除传统算法中的局部极小点、目标不可达等现象.在避碰空间内, 应用扰动人工势场法对机械臂进行路径规划仿真, 仿真结果表明, 机械臂跳出局部极小点, 灵活顺利避障, 成功抵达目标点, 验证了该方法的有效性和可行性.      

一个由Mckibben肌肉驱动的类人关节

建立了一个类人的机器人关节,由两条对抗设置的Mckibben人工肌肉驱动.简单介绍了Mckibben肌肉的力特性模型,推导了关节角度和Mckibben肌肉长度间的关系,从力学角度讨论了最大可能旋转角度,分析了Mckibben肌肉与关节的连接位置及关节结构参数对关节旋转角度的影响,并把类人关节和人类关节进行了比较.结果表明,Mckibben肌肉的收缩率和关节结构参数对关节旋转角有较大影响,关节内侧的Mckibben肌肉与关节的适中连接位置可使关节角达到极大值.     

三自由度机械手测量臂的应用实例与精度分析

三自由度测量臂的测量对象为沿X、Y、Z三个坐标轴的平动,即仅对运动部件进行位置跟踪与测量。测量臂是通过安装在各关节上的传感器来测量各关节的相对运动,从而间接实现对末端执行器的位置测量。     

函数型数据分析与优化极限学习机结合的弹药传输机械臂参数辨识

为实现弹药传输机械臂中不可测参数的辨识,建立了机械臂的虚拟样机,并将其作为样本数据的来源;考虑到样本数据的连续性和平滑特性,使用函数型数据分析和函数型主成分分析对样本数据进行了特征提取,并利用提取的特征参数和待辨识参数作为训练样本对极限学习机(ELM)进行了训练.为提高极限学习机的辨识精度和泛化能力,利用粒子群算法对极限学习机的输入层与隐含层的连接权值和隐含层节点的阈值进行了优化.最后,分别利用仿真数据与测试数据对此方法进行了验证,仿真数据的辨识结果表明,优化后的极限学习机具有更高的辨识精度和泛化能力;同时,通过对比将测试数据的辨识结果代入模型中进行仿真得到的支臂角速度与测试角速度,验证了此方法的可行性和有效性.     

软体机械臂的驱动方式、建模与控制研究进展

软体机械臂是一个新的机器人分支,不同于刚性机械臂,它完全由柔软的材料打造,可以完成刚性机械臂无法完成的任务,比如非结构环境下探测,易碎物品的抓取,更安全的人机协作等等.目前许多国家正在投入到软体机械臂的研究当中,研究者设计出形状与功能都不尽相同的软体机械臂,从制作材料的多样性到驱动方式的多样性,再从建模方式的多样性到控制方式的多样性,无不展示出软体机械臂的独特性.由于任务目的的不同,软体机械臂的驱动方式有所不同,本文首先研究三种主流的软体机械臂驱动方式——绳索驱动（Tendon驱动）、形状记忆合金驱动（SMA驱动）、气动驱动（Pneumatic驱动）,然后由此展开,分别研究软体机械臂在不同驱动方式下的建模方式和控制方法.最后从驱动方式,建模方法和控制方法三个方面对软体机械臂的发展趋势进行总结展望.     

日本推出可行走物流机器人

<正>据日媒报道,日本一家知名厂商日前开发出一种新型机器人,可在物流仓库内移动并自动装卸和搬运货物。利用灵活运动的2条机械臂,可从货架上抓取各种尺寸、形状和重量的货物,然后进行搬运。鉴于传统机器人很难对应各种各样的货物,这款新型机器人却可轻松处理。随着电子商务的发展,多种货物的少量搬运需求正在扩大,该厂商争取在2至3年后正式投入使用。目前,在物流仓库实际投入使用的搬运机器人能连续搬运同一形     

地下铲运机动臂断裂有限元分析

以WJ-3B型地下铲运机工作机构为研究对象,利用Solidworks对地下铲运机动臂进行三维实体建模,通过Solidworks与ANSYS系统的接口将其输入到ANSYS中,再根据地下铲运机的作业工况,建立其极限工况下的受力模型,并通过ANSYS分析计算其极限工况下的力学分析、疲劳寿命分析,得出动臂断裂的原因所在,为动臂的结构优化提供有力的参考依据。     

四足变结构机器人的运动学分析

对一种新型的四足变结构机器人进行了运动学分析.首先建模分析了单条腿的运动速度;然后综合考虑机器人车身本体的运动和变形以及四条腿的运动状态,对机器人整体进行了运动学分析,提出并建立了机器人的全局速度方程;最后将全局速度方程应用到机器人的速度分解控制中,使该控制方法的应用领域从串联机器人扩展到多足移动(串并混联)机器人,并以变结构四足机器人的车身原地收缩运动为例,验证了这种方法的可行性.