基于坐标变换法的3关节机械臂运动学研究

针对当前在串联机器人运动学分析中使用的D-H参数法存在观察抽象、坐标系转换不灵活、参数容易混乱、理论模型与实体模型出入大等缺点,课题组采用坐标变换法对3关节机械臂进行运动学研究.依据关节之间的相对位置关系建立坐标系,采用齐次变换矩阵对坐标系之间的关系进行描述,并建立运动学方程;采用D-H参数法建立机械臂的运动学模型,在...     

基于模型预测控制的协作焊接双机械臂轨迹跟踪算法

焊接双机械臂协作焊接时,存在从动机械臂对主机械臂末端位置的轨迹跟踪的精确性问题,课题组提出了基于模型预测控制算法的主/从位置协调控制方法。根据所建立的六自由度双机械臂的运动学模型,建立末端位置与关节角度的变换关系以及机械臂的运动预测模型;通过上述模型,对主机械臂采用位置控制方法,并通过从动机械臂末端的三维激光扫描仪测距传感器所获取的主机械臂位置及方向,对从动机械臂采用基于模型预测控制算法的位置控制;根据机械臂关节角度变换旋转运算序列及末端位置的预测模型,通过动态矩阵控制算法,由当前时刻的位置状态及下一时刻位置输入状态对未来某时域内的位置输出状态进行预测,从而实现期望的位置跟踪。最后,采用仿真实验测试来验证该算法的实用有效性,结果表明:从动机械臂末端在有较小超调的情况下快速达到稳态,实现对期望轨迹的跟踪;与传统PID控制算法相比,模型预测控制算法能够更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果;该算法对期望轨迹的跟踪误差在有小幅波动的情况下可保持在±0. 05 mm之内,在无波动的情况下可迅速趋近于零。基于该算法,从动机械臂可根据主机械臂末端动态位置信息更加有效地实现对期望轨迹的实时跟踪。     

SCARA机械臂在金针菇搬运生产线中的应用研究

为改善金针菇工业化生产线上选择顺应性装配机器臂(selective compliance assembly robot arm,SCARA)的运动性能和工作效率,基于遗传算法对其进行轨迹优划。首先,机械臂工作路径分为3段,运用运动学分析求出各路径点处对应的关节变量。其次,在关节空间内使用3-5-3分段多项式插值函数对关节变量进行轨迹规划,使得加速度连续且无突变,解决仅使用三次函数规划机械臂的抖动问题。通过遗传算法对各段路径进行时间优化,得到最优的运行时间。最后进行仿真得到关节角度、角速度和角加速曲线,曲线表明:3-5-3分段多项式轨迹可以即保证运行平稳无冲击,且优化后整体运行时间减小39.8%,实现速度和时间的最优化,对机械臂控制具有指导意义。     

多输出头高速电主轴操作臂运动学分析

运动学分析是对工业机器人进行轨迹规划和运动控制的基础,本文对多输出头高速电主轴操作臂进行了正运动学和逆运动学分析。根据该操作臂的结构特点,利用D-H参数法建立了其数学模型,并进行了正运动学分析;通过对逆运动学方程计算求解,可得该操作臂只有一个逆解。该结果作为操作臂仿真分析和控制系统设计的参考。     

HP20机器人的运动学逆解计算及模拟仿真

根据Motoman—HP20型机器人的结构特点,利用DH方法建立了其运动学方程,并推导出了运动学逆解。将所求得的运动学逆解编写成Matlab程序,计算了末端执行器在正弦曲线轨迹下各个关节角度变化曲线。建立HP20型机器人的多体动力学虚拟样机,将曲线导入驱动虚拟样机,得到模型的运动轨迹。通过对比,目标曲线与运动轨迹吻合良好,验证了运动学逆解及程序的正确性。研究结果为研究在特定工况下,机械臂的运动学、动力学及电机扭矩特性打下了基础。图5表1参11     

往复式索绪装置

我厂D201G缫丝机,原来装的是回转式索绪装置。但由于湖北原料茧解舒差,有绪率低,回转式索绪装置工作效率低,不能满足工艺要求,工人不欢喜使用。根据我厂的具体情况,保全工陈才天同志设计了一种往复式索绪装置。该装置投产四年来,深受缫丝工的欢迎。机械结构如附图所示。它由装在立缫机下轴⒅上的齿轮⒄作为原动力,通过齿轮④偏心盘①,使摇臂⒆来回摆动。     

基于改进鲸鱼算法和神经网络的食品机器人能耗轨迹规划

目的:针对食品工业机器人动力学参数未知的节能轨迹规划问题,提出一种基于鲸鱼算法和神经网络的点到点机器人关节能耗轨迹规划方案。方法:构建食品机器人移动机械臂点到点关节能耗模型,设计基于神经网络的相似动力学辨识,用改进的鲸鱼算法对权重和偏置参数进行离线优化;采用四次多项式插值法规划关节移动轨迹,将轨迹参数等效为鲸鱼编码,通过求解关节能耗目标优化函数,最终得到能耗最优的关节运动规划轨迹。结果:该方案适用于机器人动力学参数未知下的轨迹规划场景,得到的轨迹能耗比同类降低约9.01%。结论:基于鲸鱼算法和神经网络的轨迹规划能实现食品机器人能耗优化目标。     

刚柔结合充电机械臂设计研究

随着控制技术的发展,机械臂在制造等领域得到广泛应用。刚柔结合机械臂是刚性与柔性机械臂组成的复杂系统,刚柔结合机械臂具有刚性机械臂不易发生弹性变形的优点和柔性机械臂可节约运动消耗能量等优点。基于此,文章研究刚柔结合机械臂的应用,针对大型运输设备电池充电补给任务设计刚柔结合机械臂,分析关节任务驱动空间的运动映射关系,使用蒙特卡洛法求解机械臂的工作空间,用Adams软件进行动力学仿真分析,校核设备选型的安全性。     

颗粒阻塞变刚度可折叠柔性臂设计

针对折纸结构存在的刚度恒定不变及刚度不足难题,基于折纸结构和颗粒阻塞原理,笔者提出一种质量小、惯量低、刚度调节范围宽、空间折展比大、制作成本低的变刚度可折叠柔性操作臂。首先,设计了由多个折叠柔性单元串联而成的折叠柔性臂的三维结构方案;提出基于颗粒阻塞原理的折叠柔性臂的刚度调节方法,完成了柔性臂变刚度系统方案设计;提出电机驱动、绳索传动的折叠柔性臂驱动方案,以实现柔性臂的位姿变换;最后,完成变刚度折叠柔性臂的样机制作和弯曲变形实验、刚度测试实验测试。样机实验测试结果表明：所提出颗粒阻塞变刚度可折叠柔性臂的弯曲实验结果与运动学模型、刚度模型的理论计算结果较为一致,验证了该变刚度柔性臂的设计方案的正确性。     

基于动力学模型的面料抓取机械臂轨迹跟踪控制方法

为提高纺织服装行业中面料抓取机械臂的轨迹跟踪精度,建立考虑参数不确定性的动力学模型,采用反步法在浸入与不变(immersion and invariance, I&I)自适应理论框架下设计了一种轨迹跟踪控制方法。首先,建立含未知参数的柔性关节机械臂动力学模型;其次,采用I&I自适应控制方法设计了关节转动惯量的自适应律,并通过构造光滑函数实现参数估计误差流形的不变性和吸引性,保证参数估计误差收敛到0;最后,将所设计的自适应律引入反步法设计控制律的递推过程中,使所设计的控制律对不确定参数具有自适应特性。仿真结果表明,与传统反步法相比,所设计的I&I自适应反步法能更快速、更稳定地达到对期望轨迹的跟踪效果,该算法对期望轨迹的跟踪误差可保持在±0.002 rad之内。     

RV减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学的耦合影响

为了探究减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学特性的影响,提高医用机械臂控制及摆位的精度,课题组以医用机械臂为对象,利用拉格朗日方程建立了包含RV减速器中心轮与行星轮之间的时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙及关节铰接摩擦的动力学模型。仿真分析结果表明:由于时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙的出现,医用机械臂角加速度出现非周期波动,且随着间隙的增加,波动幅值增大,而关节摩擦可以降低加速度波动的幅值,但会造成系统能量损失;同时,时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙使医用机械臂末端在同一时刻到达位置出现偏差,运动出现时间上的延迟,关节摩擦使末端轨迹的误差进一步增加。     

一种带机械臂的自动导引物流平台的设计

为了解决离散型制造业物料搬运困难的问题,改进现阶段广泛使用的AGV轨道式运行方式,设计了一种带机械臂的自动导引物流平台。采用双主动轮差分驱动结构,结合机械臂及托盘抓手增加平台物料抓取功能;运用运动学知识,分析平台运动特性;结合Dijkstra算法设计系统导航运行逻辑,并在MATLAB平台上实现路径仿真。实验结果演示与预想吻合。该自主导引物流平台通过结合轮式移动机器人与机械臂的特点,增加了物料抓取与自主运行的功能,设计方案具有可行性。     

二杆机械臂式激光模切系统运动学分析

为了使二杆机械臂式激光模切系统能够按照控制器发出的控制命令驱动连杆各关节,使连杆末端激光头达到模切任务所要求的目标位置,对其进行运动学分析及仿真。对常见的振镜式激光模切系统和飞行光路式激光模切系统进行对比分析,提出一种二杆机械臂式激光模切系统。利用D-H变换法建立机构坐标系,并对其进行正逆运动学分析。基于MATLAB/Simmechanic软件建立二杆机械臂运动学仿真模型,对其作用空间进行仿真分析。对机械臂末端规划一条直线,将直线数据导入运动学模型。结果表明:机械臂末端能够按照控制指令达到所要求的目标位置。     

三指灵巧手抓取柔软织物运动轨迹规划

为实现灵巧手抓取柔软织物,对抓取织物的三指灵巧手进行运动轨迹规划。首先,设计灵巧手机械结构及建立其运动学模型;其次,根据被抓取织物的特性和手指运动要求,采用关节空间和笛卡尔空间相结合的轨迹规划方法,关节空间采用五次多项式规划算法,笛卡尔空间采用直线插补规划算法,保证灵巧手稳定的到达抓取点;最后,利用MATLAB提供的机器人工具箱进行实验。结果表明,三指灵巧手能够准确的运动到织物抓取点,轨迹规划符合预期要求。     

基于改进遗传算法的机械臂时间最优轨迹规划

机械臂的时间最优轨迹规划是指机械臂的末端关节在从初始位置到给定位置过程中,所花时间最短的轨迹规划。文章以七自由度机械臂为研究对象,在用三次多项式规划出机械臂运动轨迹的前提下,拟采用改进遗传算法的方法,用浮点编码和设计适应度函数,生成满足约束条件的初始种群,然后不断迭代直到满足算法终止条件为止,对机械臂的运动轨迹进行时间上的优化,通过将机械臂在全局寻优的方法,找到时间最短的方案。     

基于改进遗传算法的柔性抛光工业机器人抛光时间优化

为实现抛光时间最优的目标,课题组对自主研发的柔性抛光工业机器人抛光轨迹进行了合理规划。从表壳的表耳处取得一系列工业机器人机械臂工作的位置点,通过求解逆运动学方程得到相应的关节位置,采用三次B样条曲线拟合的方法得到各关节的轨迹曲线;用B样条曲线的控制定点约束代替运动学约束,并基于改进的遗传算法,求解出时间最优的时间节点;在此基础上,规划得到满足时间最优的非线性轨迹曲线。研究表明:基于改进的遗传算法,能够很好地避免传统遗传算法的"退化"现象,更快地求得最优解,即抛光工业机器人的抛光工作时间达到最优。     

两端吸附式爬壁机器人机械臂运动误差修正算法

为了解决水轮机叶片坑内修焊空间加工作业需求,研制了适用于复杂曲面的两端吸附式爬壁机器人,该机器人由永磁间隙吸附式移动平台、多自由度机械臂(包括3个主动关节和3个被动关节)和永磁间隙吸附式末端作业单元组成。针对给定末端路径,这种结构的机器人需基于局部平面假设来完成主动关节的轨迹生成。但经仿真分析,在1.5m半径外球面上的简化造成的误差达到5mm以上,不满足修焊工艺要求精度。为此,提出在机械臂加工运动过程中,通过Jacobi矩阵将末端作业单元在Descartes坐标系下的误差转换为关节角修正量以完成动态修正的算法。仿真实验表明,该算法可有效降低运动路径误差至1mm以下。     

整经机筒子架自动换筒机器人机械机构设计

根据整经车间的实际生产情况及筒子上落原理,综合考虑多种类型筒子架的结构特征,设计了一款通用型整经机筒子架自动换筒机器人。该机器人的机械结构主要包括换筒单元与换箱单元两部分。其中换筒单元由换筒底座机构、多关节机械臂机构、换筒夹具机构3部分组成;换箱单元由换箱底座机构、机械臂机构、换箱夹具机构、吸盘机构4部分组成。在控制系统的配合下,换筒机器人可实现满筒与空筒的自动上落、满箱与空箱的自动搬换以及移开隔板等功能。同时,为便于配合换筒机器人工作,设计了一款既有利于筒子在车间存储、运输,又能保证筒纱卷装质量的筒子存储箱。换筒机器人与筒子存储箱配合使用,可以替代人工完成筒子架换筒工作。     

自动缫丝机自动化车头

在毛主席无产阶级革命路线指引下,我厂广大职工,高举“鞍钢宪法”旗帜,对自动缫丝机的车头进行改革。改革后的自动化车头,由新茧移茧装置、索绪体、振荡臂、分茧翼、加茧装置、绪丝卷绕装置等组成。其结构原理     

四足机器人跳跃控制规划及仿真分析

为增强四足机器人的运动性能,通过对四足动物的跳跃运动分析研究,提出了一种基于运动学、动力学的跳跃控制方法。首先,分析跳跃过程肌肉作用机理以确定腿部关节以及机身拓扑结构,利用SolidWork建立四足机器人运动模型。然后,对跳跃过程分段进行轨迹规划,借助D-H(Denavit-Hartenberg)坐标转化法分析其正逆运动学,求解出关节角度驱动函数;再基于Lagrange法以及D'Alembert's原理对跳跃过程做运动学分析,推导出力矩驱动函数。最后利用ADAMS与MATLAB联合仿真,对比理论轨迹规划和仿真结果的一致性,验证了控制规划的有效性、鲁棒性、稳定性,为后续控制策略选择提供借鉴。