结构尺寸变化对6-SPS并联机器人精度的影响

通过对6-SPS型并联机器人位置输入输出方程微分，获得机器人逆雅可比矩阵。研究机器人处于非奇异位姿即逆雅可比矩阵行列式不接近零时，结构尺寸变化对机器人精度的影响。     

下肢康复机器人逆运动学数值解法

针对机器人逆运动学数值解法中可能出现的雅可比矩阵奇异性问题,提出改进的求解方法,采用关节微变量近似值避免雅可比矩阵的求逆计算,其值由雅可比矩阵和误差矢量决定。以6自由度下肢康复机器人为例,建立8种不同基础坐标系和末端坐标系组合的运动学模型,运用MATLAB软件对算法进行编程,对末端任一位姿进行逆运动学求解,将每次迭代的位姿误差绘制成曲线,对误差曲线进行对比分析,确定运动学模型对数值解法的影响,在此基础上对算法进行改进,可以证明运用改进后的算法可以求得较高位姿误差精度的运动学逆解。     

基于BP神经网络的机器人视觉伺服控制研究

通常的视觉伺服系统在运行时需要实时计算图象雅可比矩阵和机器人逆雅可比矩阵,不仅计算量大、系统结构复杂,而且严重影响系统实时性。本文在以PUMA560工业机器人为模型分析机器人雅可比矩阵与图象雅可比矩阵的基础上设计了一种三层BP前向神经网络,实现了基于图象的眼在手机器人视觉伺服控制系统,大大简化了系统结构,改善了系统实时性。     

两自由度并联调姿机构的静力分析

介绍了一种两自由度的并联微动调姿机构的结构特点，推导出调姿机构的运动学逆解，并进行了其静力学正方程和逆方程的计算，给出其雅可比矩阵及其逆，为该并联调姿机构的受力分析和设计，提供了理论基础。     

含双驱动支链的2UPS-RPU并联机构雅可比矩阵

基于旋量理论和李群李代数方法,以4自由度2UPS-RPU并联机构为例,提出了含串联输入支链的并联机构正运动学雅可比矩阵的一种新的推导方法。首先利用指数积公式建立含串联输入支链的位置正解,得出动平台位姿矩阵,根据动平台位姿矩阵列出第2和第3支链对动平台的约束方程,通过对方程组两边微分,得出第1支链关节速度与主动关节速度的映射关系,然后代入第1支链正运动学速度关系式,得出并联机构的正运动学雅可比矩阵。最后,基于螺旋理论建立了并联机构逆运动学的完整雅可比矩阵。为机构的奇异性分析提供了理论基础。     

基于螺旋理论的5自由度锤铆机器人刚度特性分析

为满足大型航空薄壁曲面工件的加工需求,设计了一种5自由度锤铆机器人.针对该机器人的特点,结合李群李代数及螺旋理论,建立并求解了其运动学模型;利用指数积公式推导出该机器人的雅可比矩阵,并使用刚度映射理论,求解出该机器人的刚度矩阵;运用有限元和Matlab仿真软件,对一般位姿与极限位姿下的末端变形量进行仿真验证,给出了该机...     

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。     

基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一,导致灵活性指标计算困难,针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足,根据机器人灵活性的本质意义,提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发,给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法,定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出,并用于雅可比矩阵规范化,避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便,也证明了灵活性是机器人的固有属性,与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导,和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真,验证了可变加权矩阵方法的有效性。     

一种并联机构天线座的运动学研究

以3UPS-U型并联机构天线座为研究对象,计算此机构的自由度,建立并联天线座静平台和动平台的坐标系,确定位姿变换矩阵,进而推导出位姿逆解。针对位姿正解的难题,利用方向余弦矩阵约束条件和推杆长度约束方程构造出方程组,求解出姿态角的封闭解。根据此并联天线座的几何特殊性,推导出雅可比矩阵和速度逆解、正解表达式。以理论建模为基础,结合具体参数,进行了数值仿真,求解出位姿逆解和速度逆解。该研究工作为更深一步的理论研究打下基础,为进一步的工程应用提供了理论依据。     

基于工作空间密度函数的平面冗余机器人的逆运动学求解算法

利用平面冗余机械人的结构参数结合傅里叶变换及卷积定理来构建非线性工作空间密度函数,并用该函数来描述多冗余机器人的工作空间。将工作空间密度函数仿真获得的工作空间与蒙特洛法求得的机器人工作空间进行对比,验证了算法的有效性。以工作空间密度函数为迭代方程,提出一种全新的迭代的算法来求解机器人逆运动学解析解。将该迭代算法与雅可比伪逆矩阵求逆运动学解的迭代算法进行对比,Matlab仿真结果验证了该算法在平面多冗余机械臂逆运动学求解精度及末端执行器位姿确定方面具有优越性。     

Study on error compensation of machining force in aspheric surfaces polishing by profile-adaptive hybrid movement�Cforce control

The hybrid movement?Cforce control policy has been widely used to deal with the coupling of the movement control subsystem and the force control subsystem in a compliant control system by a Jacobi matrix while its position and/or posture changing. But the Jacobi matrix, which is used to decouple the coupling of movement?Cforce control, could not restrain the disturbance of the errors of position and posture to the force control. For their great uncertainty and non-linearity, the errors of position and posture in the movement controlling place lots of troubles to the force controlling in the engineering applications. In this paper, a kind of profile-adaptive compliant control policy is added to reduce the errors of position and posture of the polishing tool and to restrain their disturbance to the machining force in a hybrid movement?Cforce control system. The new policy has been used to polish aspheric surfaces by CNC machine tools of two axes. Experimental results show that it could compensate the errors of machining force and improve surface quality obviously.     

具有未知参数漂浮基双臂空间机器人惯性空间复合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下具有未知参数的漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间的复合自适应控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质。对系统的运动学分析表明,联系两个机械臂末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系亦可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人系统跟踪惯性空间期望运动轨迹的复合自适应控制方案。系统的数值仿真证实了控制方法的有效性。     

基于矢量积法的六自由度工业机器人雅可比矩阵求解及奇异位形的分析

论述六自由度工业机器人奇异位置奇异和姿态奇异的问题。由于雅克比矩阵反映操作臂笛卡尔空间速度与关节空间速度之间的映射关系,因此,利用矢量积法求得雅克比矩阵,并将其分块,得雅克比行列式为零时对应的关于关节角表达式,利用关节角表达式得其臂部内部奇异和腕部内部奇异,由关节角的极限范围得边界奇异。最后仿真得出奇异位姿所对应的关节转角及其关系式,为示教、轨迹规划及其动力学分析提供了可靠的依据。     

气压砂轮光整加工的振动分析及预测

为了有效抑制气压砂轮光整加工过程中的振动问题,对气压砂轮的加工过程进行了振动分析和预测。采用D-H法对六自由度机器人进行了运动学建模,求解了任意姿态下机器人各关节转角,获得了机器人的刚度矩阵,在气压砂轮受力分析基础上求解了气压砂轮位移,对比气压砂轮位移和振动测试结果,建立了振动预测模型。该模型为规避刚度过低的加工姿态提供了理论依据。     

后坐力激励下的小型履带机器人位姿变化研究

为提高小型履带式机器人的射击精度与控制稳定性,通过有限元分析的方法研究了武器发射后坐力下小型履带式机器人位姿（位置与姿态）变化的情况;基于自动武器动力学、车辆地面力学,在有限元分析软件Abaqus中建立了某武装小型履带式机器人多体系统有限元模型;分析了缓冲器阻尼系数在0.5～4.0Ns/mm、弹簧刚度在1～8N/mm范围内对机器人最终位移量的影响,并得出了最优的缓冲器方案;分析了负载在0～5kg、仰角在0～30°的范围内对机器人最终位姿的影响,并拟合出负载与仰角关于机器人最终位姿参数的回归方程。结果表明,缓冲器的参数变化、机器人的负载与发射仰角变化均对机器人在后坐力作用下的位姿变化产生显著影响,其中机器人负载和发射仰角与最终位姿参数具有强相关性。     

多轴加工系统闭链刚度场建模与刚度性能分析

在复杂曲面多轴加工中,刀具可以在一定范围内以不同姿态加工复杂曲面,刀具姿态的改变直接影响整体加工系统的综合刚度特性,从而影响到加工性能。建立与刀具位姿相关的综合刚度场模型,可用于分析整体加工系统的综合刚性分布规律。提出多轴加工系统刚度场半解析计算方法,其中针对机床运动轴及其传动部位、刀具、工件等关键部件的力学特性分别采用了雅可比矩阵法、点传递矩阵法、有限元法等方法建立相应的刚度矩阵,并根据多体小变形理论建立了多轴加工工艺系统闭链刚度场模型。根据该模型解耦得到三维空间的力椭球,从力椭球提取整体加工系统的刚度性能指标,绘制刚度性能等值线图,分析工作空间中多轴加工系统的刚度特性分布规律,可用于指导刀具运动规划。     

仿生四足机器人的设计与实现

通过总结四足动物的行走方式设计了仿生四足机器人,运用DH方法分析其机构得出了Ja-cobi矩阵和运动学原理,为其设计了连续性对角小跑步态,并把添加了约束的三维实体模型导入到运动分析软件ADAMS中进行验证,通过分析运动之后质心的位移,关节的转矩,验证了步态规划的合理性及所选电机均符合要求。     

基于四元数的手术机器人圆弧轨迹规划

为提高七自由度手术机器人末端执行器空间圆弧作业任务的位姿轨迹精度,系统提出采用四元数代替原有的齐次坐标矩阵描述末端执行器的位置和姿态,并采用梯形速度规划生成平滑连续的位姿轨迹,实现等夹角姿态均匀渐变。以在研究的颅颌面七自由度冗余手术机器人为原型,通过三次B样条曲线对反解后的关节轨迹进行插值处理,生成各关节速度、加速度连续平滑的轨迹规划曲线。仿真结果表明,算法符合手术机器人的插补精度和连续性要求,具有实际推广价值。     

新型四足步行机器人串并混联腿的运动学分析

针对串联四足机器人行走惯量大,自重/载重比大的问题,提出一种新型串并混联四足步行机器人,并对该机器人的串并混联腿进行运动学分析。该机器人由一个运载平台和四条结构相同的串并混联腿组成,每条腿均由髋关节、大腿、小腿顺次连接构成,其中髋关节为3-RRR并联机构。以能耗最小姿态为最优姿态,基于矢量法求解了该串并混联腿的运动学正解和反解,利用MATLAB和ADAMS软件验证了正解和反解的正确性;基于矢量法和微分变换法求出了该混联腿的速度雅克比矩阵和加速度矩阵,分析了其奇异性,并利用MATLAB软件绘制出该腿的工作空间。结果表明:该腿在髋关节连杆直径d=22mm,大腿杆件直径D=50mm,膝关节转角θ4∈[105°,155°]时,工作空间呈球冠形,最大内接圆半径R=400mm,高度为H∈[500mm,900mm]。本研究对该新型串并混联四足步行机器人的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等的进一步研究具有重要意义。     

六自由度喷涂机器人位姿误差分析

以所研制的喷涂机器人为研究对象,利用摄动法分析了机器人位姿误差。得出了喷涂机器人末端位姿的精确解。分析并比较不同结构参数对机器人末端位姿误差的影响。为喷涂机器人零部件的精度分配提供了理论依据。