基于旋量理论的冗余机械臂运动学奇异性求解和仿真分析

针对7轴协作型库卡机械臂,对其工作空间内机械臂的奇异构型进行求解和仿真分析。首先,建立机械臂的运动学模型,得到其DH参数;然后,基于螺旋理论求解机械臂的雅可比矩阵,利用螺旋互反方法求解机械臂的奇异构型;最后,基于可操作度指标和最小奇异值指标,利用机器人工具箱对机械臂末端参考点的灵巧性进行分析。结果表明,7轴协作型库卡机械臂在其工作空间内存在4种奇异条件。仿真结果进一步验证了分析的正确性,为后续的机械臂奇异性避免算法研究奠定了基础。     

基于旋量理论的7自由度机械臂运动学建模与分析

机械臂模仿人手臂的7自由度会拥有冗余自由度.基于旋量理论计算7自由度机械臂的正向运动学解,从数值上验证矩阵指数先分块展开比直接泰勒展开准确.用Newton-Raphson数值迭代法求逆解.通过编写Matlab程序对正逆解互相验证.研究发现逆解的求解有适用范围,较之传统的D-H法,使用0螺距的螺旋轴,会使建模更加简洁.     

基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿

被动式跟踪测量系统由一个二维旋转平台和一个径向伸缩机构组成,用于测量目标的空间坐标。伸缩机构的末端固定有一个标准球,该标准球被目标磁吸,其径向位移由直线光栅尺测量。二维转盘的旋转角度由两个各自的圆形光栅测量。分析了被动式跟踪测量系统的主要误差来源,基于旋量理论建立了误差模型。最后,利用三坐标测量检测误差模型的补偿效果。经过误差补偿后,被动式跟踪测量系统在450×450×200mm空间的最大测量误差降低到132.2μm。     

基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

基于旋量理论的装配模型中零件瞬时运动分析

提出一种直接根据装配模型中零件几何信息和空间配置关系分析其零件瞬时运动特性的方法。该方法首先对不同零件CAD模型中面几何方程进行比较得到零件之间的面-面接触关系和类型,并应用旋量理论将面-面相对瞬时运动表示为螺旋;然后,对多个面接触上的螺旋进行交运算,生成零件之间的相对瞬时运动螺旋;最后,根据零件邻接关系图和邻接零件相对运动螺旋,对装配模型中零件整体瞬时可动性和驱动关系进行了分析,给出不相邻零件之间的相对瞬时运动螺旋计算方法和它们之间可驱动性的判断方法。论文通过实例验证了该方法的正确性及有效性。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

基于运动旋量的LR-Mate 100机器人的逆运动学分析

针对串联机器人逆解困难问题,提出采用运动旋量及指数积求解运动学逆解子问题的方法,求解LR-Mate100机器人的运动反解。研究表明:该方法可消除多关节耦合变量,简化求解过程,计算精度高,同时为求解LR-Mate 100机器人的运动学逆解提供了一种新方法。     

机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展

旋量理论以其简洁的形式,数学的概括性在许多科学领域尤其是机构学领域得到深入而广泛的应用,但其历史发展仍不为学者们所充分了解。从最初的几何体研究导致新机构的发明,到旋量理论与旋量代数、李群与李代数的提出以及发展直至形成旋量理论体系,详尽阐述机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展,进行历史性的详尽查证与研究。引经据典,回顾旋量理论自18世纪的研究开发,以及与其他数学分支的关联,同时回顾有限位移旋量自20世纪50年代后尤其是20世纪90年代的发展,探讨《机构学与机器人学几何基础与旋量代数》专著中阐述的有限位移旋量与瞬时旋量以及李群、李代数的关联。     

结合旋量和代数方法的工业机械臂逆运动学解法

针对工业机械臂逆运动学解算的问题,提出一种结合旋量方法和代数方法的逆运动学新解法。通过旋量的方法将工业机械臂整体逆运动学问题进行分解,利用Paden-kahan逆运动学子问题求解。并在该基础上利用工业机械臂的结构特点,利用代数方法进一步简化末端腕部三个关节的问题求解。以安川公司MH6六自由度工业机械人为例,验证算法正确性。实验表明:该方法可以获得正确的八组逆解并在旋量解逆运动学的基础上有效减少了中间计算步骤,降低了时间复杂度和空间复杂度。     

6-DOF抛光打磨机器人的旋量运动分析

针对叶片、汽车轮毂、水龙头等异型工件的抛磨工序长期以来都依赖于工人手工打磨的问题,研发了一款6-DOF机械手,与带有力反馈机构的砂带式抛磨机、上下料滑台、操作台等构成了自动抛光打磨系统。以旋量理论和指数积为基础,建立了6-DOF抛光打磨机器人的运动学模型,并对机器人运动学的正解过程进行分析和计算验证;结合经典的Paden-Kahan子问题法对机器人运动学的逆解过程进行分析和计算验证。计算结果表明:基于旋量理论建立的运动学模型是正确的,该模型可为实际的机器人在抛光打磨过程中的轨迹规划和运动控制提供理论依据。     

基于螺旋理论四自由度机器人分析

非过约束机构对于制造和装配的要求非常低，因此近年来对于非过约束机构的研究已经成为研究的一个热点。H4机构就是一种典型的非过约束混联机构，能实现3TIR运动，可以实现对物体的高速拾取。对于这种机构的研究传统的方法是采用矢量方程的方法，但是这样方法的求解复杂而且不是很直观。运用螺旋理论对于机器人进行了分析，可以很容易了解每一个分支对于运动平台的约束，以及能机构CE实现的运动，利用螺旋理论可以简化机构设计中的计算，为机器人的性能分析奠定基础。     

一种特殊3-UPU并联平台机构瞬时运动特性

利用反螺旋和主螺旋的方法分别研究了一种特殊3-UPU并联平台机构上下平台平行时的瞬时运动特性.得出该机构在上下平台平行时,机构具有沿坐标轴轴线方向的移动和以x、y坐标轴轴线或其平行的直线为轴线的转动,是三自由度机构.绘制了上下平台平行时所有运动螺旋的空间分布图.研究结果丰富了欠秩三自由度并联机构的理论,对机器人的控制以及轨迹规划等诸多问题都有很重要的意义.     

含运动副间隙的空间转向机构运动精度分析及优化设计#br#

为评价运动副径向间隙和齿条倾斜对齿轮齿条转向机构转向误差的影响,将不同位置的运动副径向间隙用间隙杆和变长杆来代替,利用螺旋理论推导了转向机构的空间运动模型及主销转角与转向轮转角的理论模型。以最小转向误差为目标,以转向过程中压力角的最大值和车辆的最大转角最小值为约束条件,建立了含间隙转向机构优化模型。运动分析表明：含间隙转向机构的正转及回正过程具有不同的转向误差,且回正转向误差比正转转向误差更大;换向瞬间会产生比较大的转向误差;运动副间隙或齿条倾斜程度的增大会使车辆的最小转弯半径增大。考虑运动副间隙的转向机构优化设计,可以提高转向机构的转向精度。     

环路螺旋理论在并联机器人机构分析中的运用

3T1R新型并联机器人采用了环路支链这种特殊的结构设计,因此采用常规的几何学分析具有其局限性和复杂性。本文采用了环路螺旋理论对其支链结构进行分析和总结,从而提出设计环路支链的新的方法,并在此基础上设计出具有环路支链的3R1T并联机器人,为具有环路支链并联机器人的设计提供了一条新的研究途径。     

一种铆接机械手的运动精度可靠性分析

介绍了一种六自由度工业机器人的运动精度可靠性分析方法。通过分析一种铆接机械手的结构,基于D-H坐标法,建立运动数学模型,并考虑加工和装配过程中尺寸误差和间隙误差的随机性,将结构参数和运动变量误差视为随机变量,建立运动误差模型,结合机构运动学和可靠性理论,构建机械手运动精度可靠性模型。通过算例,验证了该方法的可行性,为该类型工业机器人的可靠性设计和结构优化提供了一定的理论参考。     

应用旋量理论求解FANUC机器人的正向运动学问题

提出了应用开链机器人指数积公式求解FANUC机器人的正向运动学问题的方法 ,该方法为求解一般闭链机器人的正向运动学问题提供了参数     

基于旋量参数的三维公差累积的运动学模型

研究了三维公差累积的运动学模型及其在计算机辅助公差设计中的应用，基于机器人学中的运动学分析方法研究了自参考和互参考公差域的旋量参数及其约束不等式，给出三维公差累积的运动学模型的一般表示式；研究了此模型在公差优化设计中的应用，一个齿轮泵的实例验证了此模型的有效性。     

平面结构冗余并联机构的误差敏感度分析

针对一种含闭环支链的平面结构冗余并联机构进行误差敏感度分析。分析了该机构的逆运动学和正运动学。基于矩阵法建立了机构的误差模型,并通过反解、正解结合的方法对该误差模型进行了验证。基于误差模型,得到了评价机构误差敏感度的指标,绘制了各指标在工作空间内的等值线图。基于误差敏感度指标,定义了低误差敏感性工作空间,绘制了低误差敏感性工作空间在工作空间中的分布图。与平面3-RRR并联机构进行了误差敏感度对比分析。结果表明,该机构的低误差敏感性工作空间占比较大,同时可以通过调节其冗余支链不断扩大低误差敏感性工作空间,使机构在大范围空间中保持低误差敏感性。     

基于反螺旋理论的3-RSR并联机器人雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对3-RSR三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法,找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,不但导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射,而且易于进行全面的奇异位形分析;3-RSR并联机器人无约束奇异,当支链的驱动旋转副轴线、被动旋转副轴线和球铰共面时,产生结构奇异。该文方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

三自由度并联机器人操作平台的主运动螺旋研究

讨论三自由度并联机器人的操作平台的瞬时螺旋的确定方法,根据平面表示的空间运动螺旋的几何特性,提出基于二阶曲线分解理论的操作器运动螺旋系主螺旋的识别的解析方法,为自由度少于６的并联机构的运动特性及其操作器运动螺旋系的研究提供了必要的理论基础。