六自由度并联机器人工作空间分析

介绍了基于并联机构运动学逆解的并联机构工作空间极限边界数值搜索算法,对六自由度并联机器人的位置工作空间、姿态工作空间以及考虑了关节几何约束的并联机器人的工作空间等问题作了讨论,并得到了并联机器人工作空间的实体模型．     

基于MATLAB的六轴机械臂运动学分析与验证

针对Hyundai-Hs220型六轴机械臂,采用改进D-H建模法建构机器人关节坐标系,分析并推导了正逆运动学方程,基于MATLAB平台及机器人工具箱在仿真环境下构建机器人模型,分别对正逆运动学方程进行仿真和计算,并验证了运动学方程的正确性。在关节空间内进行轨迹规划的实验,得到了各关节连续平稳的运动曲线,为后续进行轨迹规划控制奠定了理论基础。     

一种四足磁吸附爬壁机器人运动学分析及仿真

为实现爬壁机器人在不同曲率的铁基壁面上可靠吸附和自由运动,设计了一种能够全方位运动的四足磁吸附爬壁机器人。首先运用修正的Grübler-Kutzbach(G-K)公式对机器人进行了自由度分析。然后采用D-H法建立了机器人行走腿的连杆坐标系,分析了行走腿的正逆运动学。接着将机器人视为并联机构,分析了运载平台的正逆运动学,给出了逆运动学的解析解,并使用了一种基于牛顿法的求解含有冗余方程的数值算法得到了正运动学的数值解,建立了完整的机器人运动学数学模型。为了验证所建数学模型的正确性,使用Matlab根据所建数学模型编写计算程序,在Matlab和Adams中分别做了相同的正逆运动学仿真进行对比验证。最后使用螺旋理论得到了机器人的雅克比矩阵,结合Grassmann线几何理论分析了机器人的正逆运动学奇异位形,并验证了非冗余驱动时的一种正运动学奇异位形,给出了避免奇异性发生的方法。自由度分析结果表明运载平台具有六个自由度,能够完成空间全方位运动,机器人的结构设计合理;Matlab和Adams的仿真结果一致并且正逆运动学能够相互验证,说明了所建的数学模型的正确性,为机器人的运动控制、轨迹规划提供了理论基础;奇异性分析得出了机器人的奇异位形,为避免机构奇异性的发生提供了方向,利用逆运动学奇异性实现了无功耗静止。     

球面手腕康复机构逆运动学解新方法及应用

针对球面手腕康复机器人的末端执行机构——共轴3RRR球面并联机构(CSPM)存在逆运动学解不完整性或无解析解的问题，提出基于欧拉角的逆运动学分步求解方法.根据共轴球面并联机构的特性，可以将CSPM姿态欧拉角分解为绕Z轴和绕X、Y轴旋转的2个子姿态，求解绕X、Y轴旋转子姿态逆运动学解的集合.选取每个关节逆运动学解集合中的较小值，与绕Z轴旋转的角度相加作为CSPM逆运动学解，利用CSPM正运动学验证了所提方法的正确性.在真实手腕运动范围的基础上，以无连杆碰撞点和无奇异位形为约束条件，使用所提方法求解手腕康复装置的实际姿态空间.在实际的姿态空间内，将提出的逆运动学求解方法与单位四元数相互转换，将单位四元数插补应用于CSPM运动规划中，理论计算结果与试验结果均为光滑的轨迹曲线，两者误差的最大值不超过2.5°.     

关节型检测医疗机器人结构的规划与研究

从实际应用出发开发了一种用于检查肝胆腹部的医疗检测机器人。规划并设计了由7个转动关节构成的医疗机器人扫描臂的结构。根据机器人运动学原理推导出医疗机器人手臂空间运动学方程式,得到各杆臂相对基础坐标系的位置和姿态矩阵。根据实际情况预设各杆臂的长度和各关节的转角值．运用机器人运动学正解法求得机械臂前端的扫描范围。计算结果表明：在预设的参数下．医疗机器人采用7个纯转动关节联结机械臂可满足使用要求。同时,对于灵活工作空间较大的医疗机器人的设计提出了有效的规划方法。     

三自由度转载机械臂运动学建模及逆运动学求解

针对三自由度转载机械臂各关节的运动特点建立连杆坐标系。采用D-H方法建立了以关节为变量的机械臂运动学模型。采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程;采用反变换法求取运动学的逆解。通过运用Matlab软件中Robotics Toolbox进行仿真实验,验证了三自由度机械臂运动学模型及逆解计算的正确性。     

四自由度并联微操作机器人的运动学分析

分析了2RPS+2TPS型四自由度并联微操作机器人机构的运动学特性;采用微分法推导了微位移增量矩阵的一般表达式以及输入、输出位移的雅可比矩阵;建立了微操作机器人的运动学方程、速度方程、加速度方程的显式正逆表达式,为微操作机器人的动力学与控制研究奠定了理论基础。     

六自由度机器人的运动学分析

针对一种自主研发的二三四轴相互平行的六自由度机器人,通过D-H(Denavit-Hartenberg)法建立机器人连杆坐标系和变换矩阵,求得正运动学方程,基于矩阵逆乘的思路进行逆运动学的求解,提出此类六自由度机器人逆运动学求解的方法,求出逆运动学的全部解析解。针对该机器人的奇异性,提出奇异位置逆解的处理方法,并用MATLAB机器人工具箱Robotics Toolbox验证了正解模型和逆解算法的正确性。研究结果为该机器人后续的轨迹规划和控制提供理论依据,对于具有相似结构的机器人运动学正逆解问题具有借鉴意义。     

3自由度并联按摩机构的运动学模型研究

为达到治病疗效,精准的穴位定位和精确控制的按摩力道是足部按摩机器人的关键。将机器人的按摩定位执行机构设计成并联滑块机构,对机构运动学进行建模,并利用MATLAB对所得到的位移、速度进行仿真验证。仿真结果表明:其运动学方程正、逆解和雅可比矩阵均为简洁的显式表达,便于实时控制;按摩触头随滑块的位移与连杆的角度变化作运动,可有效地调节其运动轨迹。     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

7自由度操作手运动学灵活性研究

本文研究了机器人冗余式操作手运动学问题。应用广义道理论分析了冗余式操作手逆运动学解,在操作空间分析的基础上,指出了7—D操作手构形的灵活性判据——σmin,即Jacobian矩阵的最小奇异值,并用于选择操作手的最优工作位置、构形。     

交叉型平面二自由度移动并联机构运动学性能分析

为研究一种新型平面二自由度移动并联机构的运动学性能,建立其运动学模型,推导出位置正/逆解的解析表达式,定义运动学性能指标,分析不同构型的性能指标表达式,探讨性能指标与机构尺寸之间的关系,并绘制相关的性能图谱.得到该并联机构具有较大有效工作空间与机架尺寸比值、导轨长度短等优点.这些性能图谱为该并联机构的优化提供了参考.     

六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.     

蒸汽发生器检修机械手运动学逆解

以蒸汽发生器检修机械手的运动学求解为目的,提出了一种代数法和数值解法相结合的逆解方法,在保证解的精确性的同时对解进行了合理优化,使得求解过程快速准确.该机械手虽然是6自由度机械手,但由于其结构和工作性质的特殊性,使其具有冗余机械手的特性,因此其逆解变得更加复杂.提出了一种代数法和数值解法相结合的逆解方法,对于数值解法,文中给出了基于非单调信赖域算法的最优化问题求解方法,该方法不仅具有牛顿法的快速收敛性,又有理想的总体收敛特性,使求解过程更加顺利.     

十二面体变几何桁架机器人运动分析

本文结合变几何桁架机构的特点,研究了变几何桁架机器人的运动分析方法．导出了速度和加速度正、反解的一般显示公式。     

六重四面体变几何桁架机器人弹性逆动力学分析

结合六重四面体变几何桁架机器人的特点,考虑刚性位移与弹性变形的耦合作用对机器人操作手末端位姿的影响,其于有限元分析方法,在运动学分析的基础上,提出了其运动学模型的线性化方法,导出了其运动条件方程、逆动力学显式方程,并给出了驱动力和弹性变形量求解的公式与详细迭代过程。利用本方法,可方便地建立弹性逆动力学分析的数学模型,迭代过程简明。     

五自由度机械臂的运动学分析

为分析机械臂的运动情况,建立基于D-H法机械臂正运动学模型并进行仿真,得到其灵活工作域。进一步采用ADAMS进行逆运动学分析,代替代数反解计算,可方便获得指定路径对应的各关节转角曲线。结果表明基于Matlab和ADAMS的运动仿真分析可为实际物理样机的研制提供技术依据。     

基于RBF的冗余机械手运动学逆解

针对冗余机械手运动学中存在的非线性、强耦合以及时变性的特点,采用了一种基于径向基函数(Radial Basic Function,RBF)网络的非线性拟合和系统辨识的方法,利用RBF神经网络的逼近能力较优、收敛速度快、非线性处理能力强等特点,可以有效地对冗余机械手的运动学逆问题进行求解;同时,运用遗传算法选取RBF网络...     

移动机械臂手眼关系标定及视觉伺服控制方法

将视觉传感器集成到移动机械臂上构成眼在手上构型的视觉伺服系统是服务机器人实现物品抓取与搬运操作的一种有效方法,但存在手眼关系标定算法复杂非线性,以及难以处理移动机械臂的非完整性约束等难题。为了克服以上难题,首先将移动机械臂抽象为一个广义机械臂,对其进行运动学建模,并求出其运动学解析逆解;然后提出一种全新的线性主动视觉摄像机标定方法对手眼关系进行标定;最后设计包含眼注视逼近和look-then-doing开环抓取的视觉伺服切换控制律来控制移动机械臂实现家庭物品的抓取操作。仿真及试验结果表明,该线性手眼关系标定法易于实现,且具有极高的标定精度,同时设计的视觉伺服切换控制律能够有效克服移动机械臂的非完整性约束带来的控制困难。     

Inverse kinematic optimal design of 6-DOF parallel manipulators

To obtain the required articular velocities as lower as possible for the given kinematics of the moving platform, this paper focuses on this kind of articular velocities optimization of 6-DOF parallel manipulators. Based on the inverse kinematic analysis, the H∞ norm of the weighted Jacobian matrix was adopted as the performance index to minimize the articular velocities, and then the optimal design problem was formulated to find a manipulator geometry that minimized the global performance index with the constraints of the workspace and structural parameters limits. Since the optimal design problem is a constrained nonlinear optimization problem without explicit analytical expressions, the genetic algorithm was applied to numerically solve the problem. Simulation results indicate that the articular velocities of the optimal manipulators can be the minimum while the kinematic reauirements of the moving platform are satisfied.