钢丝绳传动机器人运动学的回路分析方法

研究分析了一类2N条钢丝绳驱动N个自由度机器人的运动学,其运动学分析可通过推导除去钢丝绳后的开环链机器人关节角位移与末端执行器之间的运动学模型和关节角位移与电机转子角位移之间的运动学模型两个步骤完成。在运动学分析的基础上,提出了用回路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学的回路分析方法。根据钢丝绳传动原理,通过观察法可直接列写回路矩阵和电机驱动空间等效半径矩阵,从而得到电机转子角位移与关节角位移之间的映射关系模型,解耦了由于钢丝绳传动导致机器人关节之间的运动耦合。实现了电机驱动空间、关节空间和笛卡尔空间之间完整的运动学映射,加快和简化了钢丝绳传动机器人运动学的建模和分析过程。最后,以Utah/MIT手指为例进行了运动学分析,比较Matlab运算和Solidworks Motion仿真的末端运动轨迹,验证了回路分析方法的正确性。     

某特种车转向冲击噪声研究与分析

在某特种车样车试验中,转向行驶时车内出现冲击噪声,严重影响整车NVH特性。首先运用主观评价法判断前驱动转向系统为冲击异响的主要故障区域。而后,通过对前驱动转向系统关键部位进行振动信号采集,并结合声学传递路径分析法,初步确定了冲击噪声的激励源为前桥万向传动机构。运用多体运动学仿真方法,采用ADAMS软件对前桥万向传动机构进行了运动干涉分析,得出前轮转角大于等于19°时,前桥万向传动机构的确存在运动干涉现象,最终确定了冲击噪声的产生的机理,为后续进一步改进提供了可靠依据。     

仿人手指的运动学分析与研究

设计了一种具有独立电机驱动、采用钢丝绳耦合连杆机构传动的多自由度仿人手指,并建立了手指机构的简化模型。同时,基于运动学分析得到了手指运动学模型正解,选取适当手指机构尺寸及各关节的转角范围,通过仿真获得了指端的工作空间。分析比较了有无耦合连杆2种手指各指节的运动位移与时间之间的关系,采用的耦合连杆传动,克服了无连杆传动过程中3个指节间在各个方向上的运动位移明显不一致性。为假手的抓取动作规划、运动姿态控制以及结构优化设计提供了进一步研究的基础。     

绳驱动仿人踝关节机构设计及其运动学分析

以人体生理踝部关节结构为模仿对象,设计一种转动轴线空间斜交叉的2自由度绳驱动踝部关节机构。运用D-H法建立了踝部关节的运动学模型,进行了踝关节机构的运动学仿真,分析了踝关节机构的距下关节、踝关节转角对脚部内外翻、内外旋、背曲(跖屈)运动的影响,仿真结果表明设计的踝部关节机构具有良好的运动灵活性,实现了与人体踝部关节接近的运动功能,为仿人机器人高性能踝部关节的研制提供了理论基础。     

液压挖掘机轨迹规划及运动仿真

运用D-H(denavit-hartenberg)矩阵法对液压挖掘机工作装置进行正、逆运动学分析,得出挖掘机驱动机构空间、关节空间以及铲斗位姿空间的关系。运用Robotics Toolbox建立挖掘机工作装置运动学仿真模型并进行点到点轨迹规化和运动学仿真,得出动臂关节、斗杆关节和铲斗关节角度以及铲斗末端位姿随时间的变化,再通过逆运动学求解出液压油缸的位置。检验了该型号挖掘机作业空间和各杆件运动参数的合理性,为挖掘机运动仿真提供了一种简便的方法,并为挖掘机的自主挖掘研究奠定了运动学基础。     

基于套索传动的五指灵巧手设计与主从控制

为了使灵巧手更加轻质化、拟人化,设计了一种由舵机经套索驱动的19关节灵巧手。参照人手关节确定灵巧手的构型,通过套索传动实现了关节解耦与驱动后置,并分别对关节机构与驱动集成进行了设计。建立灵巧手多指运动学模型并对其工作空间进行了分析;基于弯曲传感器与主从映射算法实现了抓取的主从跟踪控制。搭建灵巧手样机并进行关节运动实验与抓取控制实验。实验结果表明,将套索传动应用于灵巧手具有可行性,基于主从控制可以实现灵巧手对多种物体的抓取。     

人机携行外骨骼双腿交替多相行走建模与仿真

为了研究人机携行外骨骼行走过程中多相交替过程下运动学参数的变化规律,基于D-H坐标系对外骨骼建立运动学模型,运用Newton-Euler递归公式计算出行走过程中的运动学表达式。为实现外骨骼与人体的携行运动,通过位移姿态传感器对人体行走过程中各关节参数进行了测量与分析。基于西南交通大学第三代人机携行外骨骼为研究对象,在Adams环境中建立虚拟样机,以人体运动参数为驱动,对外骨骼进行运动学仿真,并以双腿多相交替过程为切入点,对仿真结果进行了分析。结果可为人机携行外骨骼驱动的测控系统提供可靠依据。     

一种双足机器人的滚动膝盖关节的设计

在双足机器人的研究中,一个关键点就在于如何能够得到和人类相似甚至更优的关节传动效率。滚动膝关节思想的提出就是通过减小关节内部的摩擦从而降低能量损耗这一途径来实现关节传动效率的提高。基于此提出了一种基于滚珠丝杠传动的滚动膝关节设计方案,同时从运动学以及动力学角度进行了分析,确定了运动参数。此后应用CATIA软件实现该结构的三维建模,并进行运动学仿真。     

虚拟装配中基于生理约束的虚拟手建模与抓持规划

为控制虚拟手准确合理地完成虚拟零件的抓握动作,以方便快捷地实现虚拟装配仿真,在深入分析人手的解剖结构和关节运动生理约束的基础上,提出利用层次结构并借助三维虚拟现实软件EON,建立虚拟手几何模型和实现抓持控制的方法.该方法将手指简化为三关节连杆结构,采用逆向运动学方法,针对待拾取零件的位置计算出在目标位姿下各运动关节的角度值.进而利用关节插值方法,以迭代的方式实现对手部关节链上各个关节的运动控制,仿真结果验证了上述方法的可行性与实时性.     

新型超冗余度机器人关节设计

提出一种应用于超冗余度机器人的新型二自由度关节设计方案.新型关节巧妙地将齿轮传动引入到十字轴万向关节中,克服了传统万向关节传动的缺陷,具有结构解耦、驱动力矩大、运动平稳等优点.优化设计结果表明:新型关节能有效驱动5个关节模块组成的10自由度的超冗余度机器人,具有良好应用前景.