基于Matlab的五杆式人机合作机器人动力学仿真研究

人机合作机器人是一种新型的机器人,它通过和操作者合作共同完成作业任务.操作者提供驱动机器人运动的力,机器人控制其末端的轨迹,使其沿着期望轨迹运动.利用Matlab软件中的SimMechanics和Simulink工具对一种五杆式人机合作机器人自由模式和约束模式的动力学特性进行了仿真研究,分析了约束系统的性能对人机合作机器人工作性能的影响.     

用于物料搬运和装配的合作机器人的关键技术研究

合作机器人(Cobot)是在同一作业空间内直接与人合作的机器人.为了实现 Cobot 与人合作,对 Cobot 的虚拟轨迹控制和不完全约束关节机构进行了研究.利用微分几何原理提出了 Cobot 的虚拟轨迹控制策略,建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构模型和关节机构的控制模型.研究结果表明,Cobot 的运动轨迹由计算机系统控制,Cobot 的被动约束特性由不完全约束关节机构实现.     

基于人机合作的机器人容错性能的研究

在机器人容错过程中,冗余度机器臂的末端往往会产生力的跳动。在人机合作的容错过程中,通过对权值因子进行模糊优化,解决了机器臂、人在容错过程中力的分配问题,实现了冗余度机器臂末端力的零跳动。通过MATLAB仿真,证明了其有效性。     

下肢外骨骼机器人人机约束模型建立及分析

设计了一种下肢助力外骨骼机器人,建立了人体下肢与外骨骼机器人的人机系统模型,提出两种人机约束方案,并建立了D－H坐标系,根据同一约束点在不同坐标系变换后相对于原点距离不变的原理,建立了各人机约束方案的约束方程,从理论上分析了下肢外骨骼机器人对人体运动的跟随效果。分析结果表明,通过这种方法可以得到不同约束情况下下肢外骨骼机器人对人体运动的跟随情况,合理设计人机约束方案,能够实现下肢外骨骼机器人对人体运动的同步跟随。     

合作机器人轨迹规划及实验研究

为实现合作机器人(Cobot)的虚拟轨迹控制,提出了基于操作力的轨迹规划方法;根据操作力、期望轨迹和Cobot末端当前位置,对Cobot进行了轨迹规划,建立了Cobot的轨迹规划模型,并对Cobot跟踪直线和圆弧轨迹进行了实验研究。结果表明,基于操作力的轨迹规划方法能在人机合作的条件下使Cobot跟踪期望轨迹,且操作力的大小不影响Cobot的运动轨迹,Cobot的运动速度随着操作力的增加而增大,符合人机合作要求。基于操作力的轨迹规划模型可应用于外科手术、物料搬运和零件装配的人机合作机器人中。     

合作机器人的被动约束特性及实验研究

合作机器人(Cobot)是在同一作业空间与人直接物理合作的机器人。为了实现Cobot与人直接合作,Cobot的关节机构必须具有被动约束特性。建立了一种基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型和它的控制模型,对关节机构的被动约束特性和Cobot的轨迹跟踪特性进行了实验研究。实验结果表明,不完全约束关节机构具有被动特性,并能约束Cobot关节的运动状态,并能使Cobot在不同操作力作用下跟踪期望轨迹,不会因机器人失控伤害操作者,满足Cobot与人合作的要求。具有这种关节机构的Cobot可以应用在外科手术、物料搬运和零件的装配等需要人机合作的场合。     

基于人机合作的核运维机器人轴孔装配研究

为了提高核设施日常运行维护的效率,同时降低工作人员的受辐射剂量,针对CAP1400核电厂示范工程项目的任务需求,重点考虑核电厂堆外核测探测器安装过程中探测器与仪器井的轴孔柔顺装配问题,提出一种基于人机合作的核运维机器人轴孔装配方法。根据核运维机器人在核电厂环境中的运行特点,将轴孔装配任务分为搜索阶段和插入阶段。在搜索阶段搭建主从机械臂遥操作控制系统,将销钉放置在孔的中心位置。在插入阶段基于深度强化学习算法模型,以从端机械臂末端的力反馈和销钉位姿两种信息为依据构建马尔科夫决策过程,通过训练得到从端机械臂当前状态与动作的映射关系从而获取最优控制策略,依据力反馈信息实时调整销钉的位置和方向,控制销钉插入孔中。最后通过在真实场景中搭建的主从异构遥操作系统以及在仿真环境webots中建立的简化轴孔装配仿真验证了上述方法的可行性。     

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。     

基于五杆支链性能优化和配置的并联机器人设计方法研究

随着运动任务要求的多样化和复杂化,传统并联机器人设计方法的不透明性和动平台的不变性,导致设计结果会出现偏差且柔性化程度较低。因此提出一种基于五杆支链性能优化和配置的并联机器人设计方法。首先利用解析和几何法结合,完成五杆机构运动分析和奇异性分析,根据相关性能评价指标完成支链五杆的尺度综合。之后,提出平面几何投影法将要求工作空间投影到支链五杆的最佳工作区,综合考虑工作空间及运动性能的需求,实现了并联机器人的设计和配置,提高了设计透明度。     

复杂约束下的五轴数控系统自适应速度规划

为充分发挥五轴机床的运动性能,提升机床的加工效率,提出一种复杂约束下的自适应速度规划方法。以弓高误差、刀具的进给运动和驱动轴的运动性能为约束,建立基于时间最优的五轴机床速度规划模型;在位移-速度坐标系中,采用二阶B样条对速度曲线进行描述,有效降低了优化变量的维度,提高了速度曲线的求解效率;采用具有连续一阶导数的罚函数对模型去约束化,并以BFGS算法为基础设计了具有鲁棒性的速度曲线求解策略。仿真表明,所提出的算法可适用于形状复杂的加工路径,算法计算高效,规划得到的速度曲线能满足各项约束并提高加工效率。采用S形试件进行实际加工测试,进一步验证了算法的有效性。     

基于ADAMS的COBOT动力学仿真研究

文中通过Cobot的仿真实例详细介绍了ADAMS的使用,仿真结果说明本软件系统运算稳定、适应范围广,能大大提高机器人动力学效率。仿真结果表明,该仿真模型具有Cobot机器人的特点,可以方便地获得Cobot的动力学参数,为实现机器人的控制及性能改进提供了理论依据。     

基于双超越离合器的合作机器人关节机构建模及仿真

合作机器人(Cobot)是一种在同一作业空间内与人直接进行物理合作的新型机器人。为了实现Cobot与人合作的功能,建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型和Cobot关节机构的控制模型。设计了Cobot关节机构的Simulink仿真程序,并对机构的特性进行了仿真分析。仿真结果表明,该Cobot关节机构具有被动的约束特性,满足Cobot与人合作的要求。具有这种关节机构的Cobot可以应用在外科手术、物料搬运和零件装配等需要人机合作的场合。     

混合输入五杆机构速度空间的连续性研究

讨论了并联机构存在奇异性的几种情况,运用混合输入五杆机构输入输出速度的矩阵关系表达式,在整个铰链空间分析Jacobian矩阵中各项的连续性,推导出输出端速度空间连续性的判定准则。给出算例并进行仿真计算,验证了研究的正确性。     

计算机辅助几何法分析平面五杆机构运动的研究

提出了用计算机辅助几何法分析平面五杆机构的运动,运用该方法进行了运动分析。先采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术,构造五杆机构的模拟机构;再用两个相同且彼此靠近的模拟机构,构造速度模拟机构,求解机构上确定点的速度和角速度;最后用两个相同且彼此靠近的速度模拟机构,构造加速度模拟机构,求解机构上确定点的加速度和角加速度。计算机模拟结果与解析法的结果比较表明,该方法具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点,而且可以完成复杂机构的运动分析,为平面连杆机构运动分析提供了更有效的工具。     

混合驱动平面五连杆机构优化设计与迭代学习控制

对混合驱动平面五连杆机构进行了优化设计和轨迹跟踪迭代学习控制研究.首先,以伺服电机角加速度波动最小为目标函数,应用遗传算法对混合驱动平面五连杆机构参数进行优化设计;其次,对混合驱动平面五连杆机构进行轨迹跟踪指数变增益D型和闭环PD型迭代学习控制研究;最后,结合实例进行混合驱动平面五连杆机构轨迹跟踪数值仿真.结果表明,迭...     

一类齿轮五杆轨迹同源机构的研究

借助于Roberts-Chebyshev定理,将曲柄摇杆轨迹同源机构的两曲柄分别用一双杆组代替,并要求双杆组满足一定的几何尺寸条件和运动条件,使变形后的机构为齿轮五杆机构,且满足机构的一个连架杆以及与其相连的连杆能够整周转动。通过对两机构间的几何关系分析和连杆平面上一参考点运动轨迹谐波成分分析以及机构运动仿真演示,证明了这两个机构为轨迹同源机构,并揭示了这种同源机构基本结构尺寸型间的内在联系。     

滑模变结构控制方法在混合输入平面五杆机构中的应用和稳定性分析

混合输入平面五杆机构具有两个自由度,其动力学模型是一个高度非线性和强耦合系统。基于李亚普诺夫函数、利用滑模变结构控制理论(slid ing mode control)设计了控制器,并对系统进行了控制仿真。仿真结果表明,在不改变机构结构和进行质量重布的情况下,就可以实现较高精度的轨迹跟踪。理论分析证明,所设计的滑模变结构控制器是全局稳定的。     

混合输入机构精确实现给定运动的模糊滑模控制

混合输入机构运行过程中,由于负载、惯性力等变化,引起常速电机速度的波动,会影响输出运动的精度。针对混合输入机构中常速电机可测不可控的特点,实时检测常速电机的角位置,并对系统的动力学模型进行简化。提出了基于常速电机位置跟踪的控制策略对伺服电机进行控制,并给出了控制框图。考虑系统参数的不确定和外部扰动,设计了模糊滑模变结构控制器实现混合输入机构的轨迹跟踪,应用模糊推理确定切换控制的幅值和采用软切换连续控制的方法减小抖振。仿真结果表明本文方法正确有效。     

基于Simulink的合作机器人机构建模及仿真

为了研究拿作机器人（Cbot）的特性，根据Cobot机构的组成，建立了不完全约束关节机构的模型,利用Simulink和机构仿真工具SimMechanics建立了Cobot机构的仿真模型。并对Cobot跟踪给定轨迹进行了仿真分析。仿真结果表明，该仿真模型能够跟踪给定的轨迹,并具有被动的约束特性，满足人机合作的要求。本研究的这种Cobot模型可以应用在物料搬运和零件的装配等需要人机合作的场合。