力反馈型主操作手工作空间分析与仿真方法研究

主操作手工作空间代表了主操作手的活动范围,从几何方面讨论了主操作手的工作性能,它是衡量主操作手工作能力的一个重要的运动学指标,在主操作手的设计、控制与应用过程中,都需要考虑。通过主操作手正运动学解计算求得末端执行器空间位置与各关节变量之间的函数关系,在MATLAB中分别运用数值法、图解法以及解析法对主操作手的工作空间进行仿真;根据三维电磁跟踪系统采集的位置信息,通过定量与定性分析,验证求解主操作手工作空间仿真算法的正确性;最后根据所得工作空间形状体积,布局主操作手在操作台上的位置,同时,提出3种主操作手工作空间求解方法的特点及其应用场合,为主操作手运动学性能指标评价和术前手术规划奠定了基础。     

基于远心机构的主操作手建模与仿真研究

针对泌尿外科微创手术机器人的末端执行器如何在有限空间中完成给定任务,以提高泌尿外科微创手术的安全性问题,对其主操作手的运动学和工作空间进行了研究。根据泌尿外科微创手术特点和技术要求,基于远心机构,设计了具有6个自由度主操作手,用于控制该手术机器人的末端执行器;采用修正后的D-H参数法,建立了运动学模型,求得了主操作手的末端空间位置与各关节变量之间的函数关系和运动学逆解;利用Matlab和ADAMS软件对主操作手进行了运动学和理论工作空间仿真,并进行了结果对比分析。研究结果表明:该主操作手结构设计合理、模型建立准确、灵活度高,可以完成给定手术任务。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

支撑喉镜下喉部手术机器人运动学模型与控制系统设计

首先简要介绍了机器人的机构原理,并进行了机器人从操作手在手术过程中的运动学分析,包括从手末端工具进出喉镜的直线运动分析和工具在喉镜下进行手术的运动学分析;其次,分别建立了主操作手与从操作手的运动学模型,提出了工具在支撑喉镜下运动的主从对应运动学模型;最后设计完成了机器人控制系统,并进行了动物实验研究.     

航空发动机叶片原位打磨机构设计及运动学研究

分析了中压压气机叶片原位打磨工作自由度需求，设计了一款钢绳驱动、离散弹性脊骨支撑的原位打磨机构。采用几何分析方法，建立了驱动钢绳长度与脊骨弯曲角之间的正、逆运动学模型；根据D-H约定下的坐标变换，建立了弯曲角与末端打磨点空间位形之间的正、逆运动学模型。基于蒙特卡洛方法，对末端打磨点可达工作空间进行了仿真分析，并通过比较规划轨迹点与实际轨迹点之间的位置偏差，对运动学模型进行了验证。仿真结果表明：所设计机构的空间可达性满足中压压气机叶片原位打磨需求，其运动学模型准确，能够保证较高的末端定位精度。     

一种3T1R并联操作手的运动性能分析、样机研制和参数优化

对作者团队最新研制的一种三平移一转动并联操作手2-RPaRSS进行运动性能分析、轨迹规划、样机调试和结构参数优化。首先,基于序单开链(SOC)运动学建模原理,采用D-H参数法对该机构的位置正、反解进行求解,并进行了算例验证;接着,分析该操作手的工作空间,得出其Z向定姿态最佳工作平面和动平台的转动能力;然后,对该操作手进行轨迹规划,并采用TwinCAT控制软件对研制的样机进行了调试;最后,优化了其结构参数,优化后的机构工作空间增加19.675%。研究结果为该操作手的运动控制、动力学研究和实际应用奠定了基础。     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

工业机器人喷涂运动学仿真研究

为了提高工业机器人设计分析效率,降低昂贵的机器人开发成本,利用虚拟样机技术对机器人进行了运动学仿真,提出了机器人的轨迹规划。根据HA006型工业机器人的结构特点,建立了基于D—H连杆坐标系的机器人运动学模型,利用MATLAB软件的机器人工具箱构建机器人对象,求解机器人基于关节坐标和直角坐标的轨迹规划,并通过SolidWorks软件进行连续路径喷涂轨迹规划的运动学仿真与分析,较为直观地观察机器人工作姿态和运动轨迹,得到机器人运动性能的实时状况。试验结果表明,该方法可以清楚地判定机器人运动方案的合理性及轨迹规划及控制算法的可行性,有效地提高了工业机器人的设计效率。     

具有圆环形类工作空间的二自由度并联操作手的研究

基于分析机构工作空间形状与机构拓扑结构之间的关系,设计了一种具有环形类工作空间的二自由度并联操作手,推导出其运动学正反解,分析了其工作空间的形状及运动奇异性;利用matlab确定了该机构执行器在实现平面曲线的轨迹规划;建立了误差精度分析模型,得到了杆长误差及运动副间隙对末端执行器的误差影响规律,为该机构的进一步设计、制造及应用提供了理论基础。     

PAM仿生肘关节运动学逆解建模及验证

针对三自由度气动人工肌肉(PAM)仿生肘关节,首先利用伪刚体模型法,建立其运动学逆解数学模型;其次,根据上述模型对机构运动学逆解进行仿真分析;最后,搭建气动肌肉仿生肘关节的仿真系统模型,利用所建运动学逆解模型实现对机构虚拟样机的PID控制。由仿真结果可以看出,在设计工作空间内,三根气动肌肉长度变化连续、平稳,说明机构在运动过程中,具有良好的平滑性;且通过调节PID参数,机构前臂圆盘转角轨迹曲线与期望轨迹曲线基本吻合,从而验证了机构运动学逆解模型的准确性。     

基于虚拟样机的六自由度机械臂轨迹规划研究

轨迹规划研究是机械臂在工作过程中的角位移、角速度和角加速度的问题,目的是使机械臂末端平稳地完成一定的作业。本文利用MATLAB建立了六自由度机械臂虚拟样机,在虚拟样机的基础上研究轨迹规划问题。采用D-H模型对虚拟样机进行运动学分析、求解,分别用关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划两种方法进行了研究,并对比了各自的优缺点。通过仿真结果证明,建立的虚拟样机结构合理,规划方法可以提高机械臂的作业效率,为机械臂操作提高理论指导,为后续机器人更复杂的运动仿真与路径规划打下基础。     

6-DOF主操作手构型设计与空间轨迹规划仿真研究

主操作手是微创外科手术机器人的关键组成部分,用于接收医生动作,并控制从操作手完成手术操作.在充分研究主操作手使用要求的基础上,分析了主操作手构型设计要求,完成了主操作手的构型设计.结合所设计主操作手的构型,应用Matlab Robotic Toolbox进行了空间运动轨迹规划仿真,得到主操作手关节位移、速度和加速度的变化曲线.结果表明,主操作手构型设计合理,运动平稳,为主操作手的进一步设计与优化奠定了理论基础.     

一种车载轮椅自动收放机械臂设计与运动分析

提出了一种用于车载轮椅自动收放的5自由度机械臂。首先,根据D-H方法建立机械臂数学模型,并进行正向及逆向运动学分析,在进行逆向运动学分析时,分别用解析法和反向传播（Back Propagation,BP）神经网络进行了求解;其次,采用五次多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划,实现机械臂的平滑无冲击运动;随后,基于蒙特卡罗法分析机械臂工作空间,得到机械臂末端的工作空间点云图;最后,针对具体车载应用场景,开展了虚拟仿真实验。仿真实验结果表明,机械臂构型设计合理,运动灵活,满足应用需求。为样机开发及应用提供了理论依据。     

主操作手结构设计及运动学参数标定

为更好地提升机器人主操作手性能,减少由于机构重力导致的操作疲劳感并提高位置精度,设计了一款7自由度主操作手:大臂机构为一平行四边形机构,提供前后和左右自由度;小臂机构提供上下自由度;手腕机构提供俯仰和偏航自由度;末端操作器机构提供自转和开合自由度。为提高主操作手位置精度,在主操作手结构设计的基础上,应用旋量理论建立了主操作手的运动学及其误差模型,采用最小二乘法对运动学参数进行了辨识,并进行了标定实验。结果表明,经过运动学参数标定后,主操作手的最大位置误差改善了67. 43%。     

双机械手协同运动模型及其工作空间分析

基于双机械手建立协同运动学模型,分析其最佳协调工作空间。首先,采用D-H变换矩阵法建立双机械手运动学模型,揭示机械手末端执行器在不同运动形态下笛卡尔坐标空间位姿与机械手各关节变量之间的转换关系;其次,利用MATLAB中Robotics Toolbox建立双RCX340机械手三维仿真模型,验证运动学模型的可靠性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对双机械手的工作空间进行了分析,得到双机械手末端执行器的最佳协调工作空间,为双机械手协调轨迹规划提供了理论依据。     

一种零耦合度且运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R的设计及其运动学

零耦合度(κ=0)及输入-输出运动解耦的三平移一转动(3T1R)并联机构,不仅运动学、动力学分析简单,而且运动控制与轨迹规划容易,因而在制造业中具有潜在的运用前景。根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论和方法,设计出一种零耦合度且部分运动解耦的新型3T1R并联操作手2-(RPa3R)3R,并对之进行拓扑特性分析,给出了其方位特征POC、自由度DOF、耦合度κ等主要拓扑特征;基于序单开链(SOC)的运动学建模原理,给出了该机构位置正解求解的封闭形代数方程,并求得其数值解;基于导出的机构位置反解公式,分析了机构产生三种奇异的几何条件;同时,求解了机构的工作空间和转动能力;给出了该操作手机械结构设计的三维CAD模型。研究成果为该操作手的运动尺寸优化、样机研发以及动力学研究奠定了理论基础。     

六自由度机器人设计分析与实现

对六自由度机器人进行运动学分析,用D-H方法获得了运动学正解、运动学逆解,为运动学轨迹规划打下基础。根据逆解和运动过程的要求,对六自由度机器人进行轨迹规划。将MATLAB软件中轨迹规划的结果在ADAMS软件中进行虚拟仿真,得到的实验数据为机器人运动过程的研究和结构优化提供理论依据。     

新型铁钻工运动学分析及仿真研究

在对新型铁钻工的结构组成和工作原理分析的基础上,建立D-H坐标系,求解系统的正运动学方程及运动学反解。建立了主背钳夹取钻杆连接点处的空间位置、方向矢量及位姿与各运动参数间的变换关系,为系统运动控制、轨迹规划提供了理论基础。借助ADAMS软件建立系统的仿真模型,对系统进行仿真模拟,得到钻杆连接点处的位置、姿态和空间仿真曲线,验证了系统的性能。     

双机器人协同搬运运动学分析及路径规划

建立了双机器人协同搬运工位站,对双机器人协同变姿态与定姿态搬运两种运动模式进行研究,并对双机器人之间的协同运动做了理论分析,提出了一种新的双机器人协同搬运的运动学约束方法。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同搬运系统建立连杆坐标系并求出正运动学方程,然后,求出协同工作空间,在工作空间内添加了较复杂空间螺旋线的路径规划方案,在MATLAB中可以得到规划结果。根据规划的搬运工件轨迹求出主、从机器人逆运动学的各个关节角值。最后采用SolidWoks与MATLAB联合仿真实验平台进行仿真验证,实验结果证明了所提出方法的有效性。     

6R机器人轨迹规划及仿真

在工业机器人的研究和设计过程中,轨迹规划的有关理论与应用一直是研究人员关注的重点.根据末端执行器所要完成的轨迹特点,分析了笛卡儿坐标空间和关节坐标空间轨迹规划的特点,基于Pro/E和MATLAB对6R机器人运动学进行了仿真.