目标物体抓取机械手的设计与仿真

对机械手的整体结构进行设计,包括对电机的选型和机械臂的强度校核。运用D-H方法建立机械手的运动学方程,并对正运动学进行求解,建立机械手末端相对于基座的位姿。运用Pro/E软件建立五自由度机械手的三维实体样机模型,然后导入ADAMS软件中建立机械手的虚拟样机并进行仿真,得出关节角速度、关节力矩和末端点的位移、速度特性曲线;通过ADAMS软件仿真验证了关节电机选型计算的合理性与运动方程的正确性,为机械手的设计优化、运动控制提供数据基础。     

选矸机械手虚拟样机验证试验

根据矸石分选工艺及运动轨迹,确定选矸机械手每段轨迹运动规律为3-4-5次多项式,求解其末端动平台位置、速度、加速度曲线,并将其运动学分析逆解计算结果求得的主动臂转角导入ADAMS中,控制选矸机械手简化模型运动。分析模型末端动平台位置、速度、加速度曲线,对比运动规律规划,ADAMS运行曲线与规划曲线基本吻合,证明该结构可行性及其运动学分析结果正确性。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真研究

针对六自由度机械手臂的运动学分析问题及其工作可靠性的探究,设计开发了一套基于OpenGL的六自由度机械臂仿真软件.采用D-H参数法构建机械臂模型,对六自由度机械手臂进行了正、逆运动学分析,求解得到机械臂的正逆解.研究设计了机械臂的空间直线和圆弧插补算法,实现了机械臂在三维空间中按照目标轨迹的可靠运动.在VS2017软件...     

救援机器人双臂结构设计与运动学分析

基于救灾的复杂环境及实际工作要求,设计了一种新型救援机器人所搭载的双机械臂。利用D-H方法建立双臂的运动学模型,得出双臂末端点的位姿,并求出机械臂的逆解。把三维模型导入ADAMS中得到双机械臂的虚拟样机,对机械臂的虚拟样机工作区域进行求解分析,并通过机械臂模拟实际工作,得出其运动曲线,验证了所建运动学模型的正确性及设计结构的合理性。借助于MATLAB软件采用蒙特卡洛法生成双机械臂工作空间云图及协作空间,为确定机器人的构型、机械臂的长度优化提供了依据,仿真结果表明了机械手臂具备灵活作业的条件,同时为后期的双臂的轨迹规划及控制打下坚实的基础。     

线驱动绿篱修剪机械臂运动学分析及仿真

针对当前绿篱机械臂无法在复杂环境和非结构环境下作业的问题,提出一种具有更强环境适应性、更高自由度和更大工作空间的冗余线驱动绿篱修剪机械臂。利用坐标分析法建立了单关节的运动学模型,求解了绳长与关节转角的映射关系;基于D-H参数法分析了10-DOF机械臂的正向运动学数学模型,采用遗传算法研究冗余机械臂的逆向运动学,求解了冗余机械臂的运动学逆解。仿真结果证明,遗传算法的求解精度高且求解迅速;对机械臂各关节绳索间的耦合进行了分析并推导了解耦公式。通过仿真验证了机械臂正逆运动学模型的正确性以及解耦模型的正确性,为绳驱动冗余机械臂的控制和轨迹规划奠定了基础。     

危险作业机器人机械臂设计及其运动学分析

从危险作业机器人的任务需求出发创新设计了一种带有平移自由度的六自由度机械臂,建立了机械臂的虚拟样机模型,机械手工作域的仿真分析表明较好的满足了设计要求。同时,运用D-H法建立机器人的连杆坐标系,进行了正向运动学分析,推导出机械臂的运动学方程以及手爪坐标系相对于基坐标系的位姿矩阵,针对运动学方程的特点,提出了解析法和基于正向运动学分析的可行解估计法相结合的试探搜索算法进行逆运动学求解,实例分析和编程验算表明该方法稳健可靠,计算精度和处理速度能够满足机器人实时在线控制的要求,并且可以应用于机器人轨迹规划和跟踪控制。     

基于ADAMS轴承转运机械手运动学分析仿真

利用UG建模软件对四自由度轴承转运机械手进行实体建模。采用笛卡尔坐标系,通过齐次坐标变换对四自由度轴承转运机械手建立运动学模型,并对轴承转运机械手进行正运动学和逆运动学求解。将机械手模型导入ADAMS中转化为虚拟样机进行运动学仿真,分析了四自由度轴承转运机械手仿真结果的运动规律曲线。仿真结果验证了四自由度轴承转运机械手运动学方程的正确性,并获得了机械手运动时施加在滚动滑车和悬臂横梁的作用力。     

带指向机构二自由度机械臂的运动学分析

机械臂的正运动学以及逆运动学一直是机械臂研究领域的基础以及关键性问题,这里针对于一种带指向机构的二自由度机械臂,提出了一种基于几何法的运动学分析,根据机械臂的结构特点和运动约束,对机械臂的运动学进行分析,建立了该类型机械臂的运动学模型,通过几何方法得到了以关节角度为变量的运动学模型,并在理论推导的基础上编写该机械臂的分析界面,仿真验证了正运动学模型以及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂指向机构的精确定位以及轨迹规划。     

下肢康复机器人仿真分析及研究

设计了一种用于中风患者下肢康复训练的双臂机器人。在对其机械臂的结构进行简化后,使用D-H前置坐标系法建立运动学分析模型,得到机械臂末端位姿表达式以计算其逆解。基于蒙特卡洛法绘制出机械臂的工作空间之后,使用MATLAB中的Robotics Toolbox工具箱对其正逆运动学进行仿真,验证了运动学模型的正确性。另外,针对机器人关节空间进行了轨迹规划,得到了较为平滑的角位移、角速度、角加速度曲线。最后把关节位移数据进行拟合,并且将SolidWorks模型导入Adams软件进行动力学仿真,得到各关节力矩的变化曲线,为机械臂的精密控制奠定基础。     

自动上下料机械手运动学分析及仿真

基于数控机床-机械手加工系统的布局及功能,详细分析了上下料机械手的结构,并运用D-H参数法建立了该机械手的运动学方程。与此同时,对该机械手进行了正运动学和逆运动学分析,通过计算验证了,经运动学正解所求得的机械手末端位姿表达式T是正确的。最后,基于用Solid-Works软件建立的机械手三维立体模型,用ADAMS软件对机械手完成自动上下料的过程进行仿真,得到上下料轨迹曲线。仿真结果符合工作过程的实际情况,说明该机械手运动学方程是有效的。     

洁净精密装校机器人的运动学分析及轨迹规划

针对某大型激光器装置的装校过程模块化、阵列化及超洁净工作环境等特点,分析了洁净精密装校机器人的轨迹规划和智能化无人装校的实际需求,提出了“轨迹取点→单关节变化PTP口规划→初步轨迹拟合→基于时间和防料动轨迹优化”的轨迹规划思路和方法.根据该机器人结构特征,应用D-H法建立坐标系,完成了运动学正逆解分析.基于运动学位姿方程,按照机器人作业规划流程,完成了洁净精密装校机器人安装一个模块的轨迹规划和优化,并运用MATLAB 2008绘制了具体轨迹曲线.最后运用Pro/E 4.0进行了机构运动学仿真验证,验证表明洁净精密装校机器人在无人工干预及超洁净环境下可实现高洁净、高精密装校.     

一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析

针对太空环境,提出一种带有移动副的8自由度机械臂,可完成太空环境中的设备维修、物品抓取等工作.通过标准D-H参数法,推导了8自由度机械臂的位姿变换矩阵和正运动学方程;利用Matlab Robotics工具箱,建立机械臂的仿真模型,将仿真模型与机械臂运动学方程进行对比验证;采用蒙特卡罗法对机械臂工作空间进行求解,绘制了机...     

基于柔性并联连续体的灵巧操作手的设计及分析

提出了一种新型4-DOF柔性并联连续体机构,将该机构与末端绳驱动的抓手相结合,设计完成具有灵活抓取性能的操作手。将该柔性机构通过柔性支链等效的方式等效为传统刚性连杆的并联机构,并且运用螺旋理论对该机构进行自由度分析;采用经典的Cosserat Rod模型对机构进行运动学建模;通过对比分析三种并联连续体机构的可操作度,4-DOF并联连续体机构由于具有一个额外的扭转自由度,使得操作手能够更加灵活地抓取物体,在此基础上给出了一组操作手抓取的仿真实例。最后通过试验验证机构自由度以及运动学模型的数值解,并且实现操作手灵活抓取的性能。     

3-RPC并联机器人的运动轨迹规划与仿真

对一种具有四角平台的3-RPC并联机器人进行了结构分析，应用并联机构逆运动学分析理论，对并联机构动平台的运动轨迹规划进行了推导，提出了3-RPC并联机构的运动学反解计算公式，进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上设定的运动规律。借助UG创建了该机构的装配模型，通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

Optimization of parallel manipulator trajectory for obstacle and singularity avoidances based on neural network

This paper presents a novel method for singularity-free path planning and obstacle avoidance of parallel manipulators. A modified 3-4-5 interpolating polynomial is used to plan a trajectory for a planar 3-DOF parallel manipulator. The polynomial function which is smooth and continuous in displacement, velocity, and acceleration is used to find a smooth path avoiding the obstacles and singularities. An artificial neural network is implemented to solve forward kinematics of the manipulator to estimate the distance between gripper and singularity or obstacle. The simulating results demonstrate the efficiency of the proposed algorithm.     

一种基于交叉耦合控制的串联机器人笛卡尔空间轨迹跟踪方法

针对串联机器人在笛卡尔空间轨迹跟踪问题,将交叉耦合策略和机器人运动学结合起来,设计了机器人在笛卡尔空间位置控制中耦合误差的一般性构建方法,进而提出了一种新型脱离动力学模型的控制算法.该算法不仅能保证单个关节的运动稳定,同时还可以保证所有的关节运动协调,使位置误差和耦合误差都收敛到零.最后,设计了基于HIT/DLR灵巧手笛卡尔空间位置控制实验,验证了该方法的有效性.     

3SPS+1PS髋关节并联仿生试验系统工作空间优化

为使人工髋关节试验系统具有仿生模拟人体髋关节运动特性的能力,不但要使其能模拟髋关节各种运动形式,而且其运动输出空间应完全覆盖实际人体髋关节的运动范围,这也使得对其运动空间进行深入分析成为必要。针对作为髋关节并联仿生试验系统核心运动模块的3SPS+1PS并联机构,利用四元数法建立其逆/正解运动学模型,基于动平台三点构造法构建了3SPS+1PS并联机构的量纲统一速度Jacobian矩阵,分别比较了该矩阵条件数在不同运动空间及结构参数下的取值变化情况,得到条件数平均值与机构定、动平台上球副中心连线长度比值、球副许用转角及动平台中心位置高度等参数之间关系,优化了机构结构参数,进而得到了运动性能良好的运动空间区域。髋关节并联仿生试验系统运动空间的研究对其运动路径规划、动态特性分析及控制系统设计具有重要的意义。     

Indirect Adaptive Robust Trajectory Tracking Control of Hard Rock TBM with Load Variation of Tunneling Face

Posture adjustment of open-type hard rock tunnel boring machine(TBM) can be achieved by properly adjusting the hydraulic pressure of gripper cylinder and torque cylinders. However, the time-varying inhomogeneous load acting on tunneling face of TBM and complex stratum working condition can cause the trajectory deviation. In this paper,the position and posture rectification kinematics and dynamics models of TBM have been established in order to track the trajectory. Moreover, there are uncertain parameters and uncertain loads from complex working conditions in the dynamic model. An indirect adaptive robust control strategy is applied to achieve precise position and posture trajectory tracking control. Simulation results show when the position deviation only occurs in Y-axis and the current orientation is parallel with the designed axis, the deviation can be corrected by controlling the pressure of gripper cylinder and the actual trajectory meets the designed axis when TBM is pushed forward 0.14 m in X-axis. If the deviation only occurs in Z-axis, then the deviation can be corrected by controlling torque cylinders. If the position deviation occurs both in Y-axis and Z-axis at the same time, the pressure of gripper cylinder and torque cylinders should be controlled at the same time to rectify the deviation. Simulation results are shown to illustrate the e ectiveness and robustness of the proposed controller. This research proposes an indirect adaptive robust controller that can track the planned tracking trajectory smoothly and rapidly.