码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究

以IRB-460工业机器人为研究对象,针对其运动学建模及在笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法展开研究并进行对比。对机器人本体进行了机器人运动学分析,利用多项式轨迹插值算法进行了关键点间的轨迹规划,完成了重叠型码垛的作业流程。利用Robotics Toolbox完成了轨迹规划算法仿真,并进行了结果分析。仿真结果表明在关节空间下进行轨迹插补所得的路径点更为优化,所得的轨迹更为满足作业任务,具备合理性。     

基于ADAMS的SCARA机器人运动学仿真研究

对SCARA机器人进行正逆运动学分析以及轨迹规划仿真时,不易直观地验证运动学算法的正确性和轨迹规划的效果。为解决以上问题,基于ADAMS软件环境,建立了SCARA机器人的三维虚拟样机模型,结合SCARA机器人的正逆运动学在笛卡尔空间对其末端规划一段圆弧路径轨迹,并将该圆弧路径轨迹数据导入虚拟样机模型中进行轨迹规划的仿真。结果表明,该系统为SCARA机器人运动学分析及轨迹规划方法的仿真验证提供了一个有效的平台。     

四足机器人跳跃步态主动柔顺控制研究

为减弱四足机器人跳跃步态起跳与落地时所受到的地面冲击力影响,研究四足机器人跳跃步态主动柔顺控制方法。采用三次多项式拟合五连杆同轴四足机器人跳跃步态机体质心轨迹曲线,通过不同轨迹曲线函数描述跳跃过程中起跳、腾空、缓冲、恢复4个阶段;引入PD控制器修正机体质心落地相轨迹曲线,优化四足机器人落地时收腿缓冲、恢复站立等位移响应曲线;利用Webots仿真平台与试验样机开展大量重复跳跃试验。结果表明：所设计的方法对四足机器人的平稳跳跃有较好的改善效果,能有效提高机器人的运动稳定性。     

四足机器人运动分析及控制算法研究

为实现一种液压驱动的四足机器人稳定行走,针对JQRI00四足机器人进行了步态规划,并推导出其运动控制算法。根据前期对四足机器人的结构设计,建立其运动学模型,得到各关节运动的逆运动学分析。根据JQRI00的驱动特点,对其运动控制算法进行研究。并利用ADAMS对机器人进行仿真。仿真及控制系统实验的结果准确合理,表明所研究的步态规划正确可行,控制算法实时有效,为机器人后期的复杂动作控制提供参考。     

基于样条插值算法的工业机器人轨迹规划研究

工业机器人的控制系统是封闭且独立的，通过示教方式来在线编程是很难完成复杂的曲线运动，效率较低。为此在工件面型图像中对待加工轨迹进行规划，根据三次B样条曲线插值算法对规划好的加工路径轨迹进行数据处理，通过离线编程把加工轨迹数据点格式转换成机器人程序文件，把复杂的曲线运动分解成直线运动和圆弧运动，从而实现工业机器人的复杂曲线运动。实验过程中机器人运动流畅没有停顿，实际运动轨迹和规划运动轨迹吻合得很好，证明该方法有效可行。     

四足机器人仿生机构模型及腿系参数优化

通过对原型生物体"狗"的观察分析,简化并建立了四足仿生机器人步行腿的初始结构,进而确定了机器人的整体结构形式.以机器人步行腿的最大足端工作空间为优化目标,采用数值分析法,借助MATLAB求解步行腿结构参数.通过Adams对建立的模型进行了仿真分析,仿真结果表明该结构参数设计合理,在满足机器人足端工作空间最大的条件下,能够实现机器人稳定行走.     

基于足端轨迹规划的四足机器人运动学分析与仿真

为了减少四足机器人在行走过程对地面的冲击,提出一种改进动静步态的五次多项式的足端轨迹规划。推导了改进五次多项式的数学公式,利用机器人运动学知识计算机器人的运动学逆解。根据数学推导,分析机器人足端速度和加速度的理论曲线。利用ADAMS对机器人在三角步态和对角步态下进行运动仿真,对比了足端轨迹的理论结果和仿真结果,分析了仿真情况下机器人质心变化和RPY角变化。理论分析和仿真结果一致,验证了改进足端轨迹的正确性。     

两栖复合腿机器人运动仿真及能耗分析

对水陆两栖复合腿机器人进行运动仿真及能耗分析。设计一种弧形腿与桨结合的两栖六足机器人,研究其地面三角步态行走机制,提取腿部转动关节运动模型。分析机器人能源消耗组成部分,简化得到其单周期能耗计算模型。构建9种不同腿长参数的机器人三维模型,在ADAMS软件中设置规划的转动关节轨迹,实现运动仿真。提取仿真后的电机力矩,计算一周期的能耗并进行分析。结果表明：适当减小机器人腿长参数可提高能源利用效率,这对提升腿式机器人整体性能具有一定的参考意义。     

具有弹性阻尼环节的四足仿生机器人步行腿研究

基于仿生学,研制了一种具有弹性阻尼环节的步行腿机构并应用于四足仿生机器人中。介绍步行腿的总体设计方案;分析弹性阻尼环节的机械结构和工作原理并对其进行数学建模和动力学分析。以同侧步态为例,运用Pro／E分别对刚性腿和弹性腿进行了建模,并通过Adams对建立的模型进行了仿真分析。仿真结果表明该机构的应用能有效缓解四足仿生机器人在动态行走时地面对其产生的冲击。     

四连杆仿生膝关节机构优化设计

针对四连杆仿生膝关节能实现人腿自然步态的仿生特性要求,考虑摆动期灵活性,以踝关节中心点轨迹与实际人腿相应轨迹误差的均方根最小为优化目标,提出四连杆仿生膝关节尺寸参数的优化数学模型,采用二次规划方法对其进行优化设计,并通过MATLAB的中型算法来实现。通过运动仿真得到踝关节中心轨迹与实际轨迹吻合良好,能够获得自然人腿步态,并得到‘J’形膝关节瞬心轨迹,充分验证了其良好的运动仿生性能。最后,对支撑期速度瞬心位置进行分析,并针对支撑期稳定性提出采用智能磁流变阻尼器的承重自锁方案。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

四足机器人容错性步态规划方法研究

四足机器人的运动具有较强的耦合性,任何一个关节出现故障都可能使机器人运动紊乱,从而导致严重的后果。为解决此问题,提出一种适用于关节锁定故障的容错性步态规划方法。通过四足机器人的浮动机体运动学模型,在锁定关节处建立冗余度方程;利用增广雅可比矩阵完成含有优化函数的冗余度方程求解,从而实现容错性步态规划。通过仿真分析和样机试验对所提方法的可行性和有效性进行了验证。结果表明,与现有方法相比,容错性步态规划方法能够有效地提高容错性步态的效率。     

一种四足机器人机体冲击力检测算法

四足机器人机体冲击力的有效检测能够为动态平衡控制提供决策依据,而与之相关的研究在现有文献中尚未见到,为此提出了一种新型的四足机器人机体冲击力检测算法;通过机器人的动力学分析和基于卡尔曼滤波器的姿态求解,获得腿部冲击力加速度和重力加速度在机体坐标系中的分量,并将其从加速度计输出信号中分离以获得机体冲击力加速度,完成对机体冲击力的检测;对四足机器人进行了动力学仿真。结果表明:所提出的算法能够有效地实现机体冲击力的检测。     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

基于改进APF-RRT的6R机械臂避障路径规划

针对6R机械臂在复杂环境下进行避障路径规划时成功率低、效率低等问题,提出一种改进人工势场法（APF）与快速扩展随机树法（RRT）的融合算法。对于传统APF目标不可达问题,提出引入斥力调节因子优化斥力函数,使得机械臂靠近目标点时,障碍物对机械臂的斥力逐渐减小并顺利到达目标点;针对传统RRT算法随机性过强问题,提出目标导向策略进行优化,使得采样点有一定的概率向目标点扩展;当APF陷入局部最优时,采用改进RRT算法进行路径规划,当跳出局部最优时,切换为APF继续路径规划。仿真结果表明：改进APF-RRT算法能适应各种复杂环境,且相较于传统APF和RRT算法具有规划时间短、规划成功率高等优点,有效解决了APF目标不可达和局部最小值的问题。最后通过 JAKA 机器人实验平台进行实际环境实验,验证了改进APF-RRT融合算法的可行性。     

五自由度机器人高效均匀曲面喷涂方法

针对被喷涂对象是平缓光滑的曲面,给出了一种高效均匀的喷涂方法.使用五自由度机器人,采用特定算法在喷涂过程中保持喷头垂直于喷涂面,且喷涂距离恒定.合理设计喷涂路径,进行等距喷涂,从而提高喷涂的效率和均匀度.以NURBS作为曲面的描述方法,采用"之"字形或者"回"字形路径规划,计算喷头运动插补点,采用泰勒展开式保证步长恒定...     

MATLAB环境下关节型焊接机器人仿真平台设计

Motoman-HP20焊接机器人的离线编程软件MoToSimEG进行轨迹规划采用点到点的方式,对于一些复杂曲线,需要非常多的约束点才能达到较高的精度要求,导致编程过程复杂繁琐。针对这一缺点,开发了一套基于MATLAB环境的六自由度关节型焊接机器人仿真平台实现人机交互,并进行了数据通信完成实验验证。验证结果表明:仿真平台不仅可以完成点到点的关节空间和直角坐标空间的轨迹规划,也可以实现任意已知解析式的轨迹规划运动,并得到轨迹数据完成了示教再现,简化了机器人复杂运动轨迹的编程方法,进一步改善了轨迹规划离线编程功能。