基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统.使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节...     

融合多传感器数据的抓取机械臂末端定位研究

抓取机械臂末端定位过程中受环境干扰的影响,导致定位精度和稳定性较差,为此提出融合多传感器数据的抓取机械臂末端定位方法。首先建立融合多传感器数据的抓取机械臂末端误差模型,通过目标检测模型确定目标位置。采用遗传算法计算出抓取机械臂末端各关节的旋转变量补偿值,最后将修正值应用到融合多传感器数据的机械臂终端执行器中,完成抓取机械臂末端定位。实验结果表明,所提方法的定位耗时短、置信度高、定位精度高,具有一定的有效性。     

一种基于指数积的机械臂结构参数标定方法

结合旋量理论和指数积方法，使用伴随矩阵表征关节旋量理论值和实测值之间的对应关系，针对UR10机械臂，在运动学方程基础上建立了一种关节约束条件方程。为了得到机械臂零位位置误差及各关节旋量误差与末端执行器定位误差的模型，对运动学公式取微分，最终确定空间中点对点的距离误差标定模型，利用在不同坐标系下测量的空间中两点间距离恒定的特性，避免了实验时采点的数据从激光跟踪仪坐标系向机械臂基坐标系变换引起的额外误差，为避免关节的奇异性，建立了POE形式的UR10机械臂距离误差模型。采用激光跟踪仪在UR10机械臂实验平台上完成机械臂结构参数的标定实验。对随机生成的60组点进行标定实验，数据表明：全局精确度可达到毫米级别，局部精度可达到误差1毫米以下。     

一种模块化机器人的标定方法研究

对一种可重构模块化机器人系统进行定位精度标定方法研究。采用装配映射矩阵描述任意给定的模块化机械臂组成模块间的装配关系,并根据装配信息自动生成指数积形式的运动学模型。根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将运动学模型改写成包含关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到机械臂末端定位误差与关节旋量误差及零位位置误差间的线性化模型。给出了一种基于最小二乘法的运动学参数标定模型及其生成方法。通过程序生成一种5自由度模块化机械臂的标定模型并采用激光跟踪仪作为测量设备进行运动学参数标定试验。试验结果表明标定过程能够快速收敛到稳定值。测试结果表明经参数标定机器人的平均定位精度提高了近4倍。     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

八自由度机械臂正运动学及工作空间分析

对一种八自由度机械臂的正运动学和工作空间问题进行了研究。首先,根据机械臂的结构特点,利用D-H法建立了该机械臂的连杆坐标系,得到其运动学正解;其次,利用MATLAB Robotics Toolbox建立机械臂的仿真模型,验证了机械臂运动学正解的正确性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行了分析,得到机械臂末端执行器的工作空间范围,仿真结果与机械臂的设计参数相符。     

车载液压机械臂结构分析及设计

机械臂的主要功能是将末端执行器送到一个所期望的目标位置处,末端执行器完成夹持、装载、吊取等工作后,再将末端执行器及物品送至下一个所期望的目标位置处,末端执行器自动卸载或人工卸载物品,从而完成物品转载工作。现介绍机械臂的组成和分类,并在总结车载液压机械臂设计依据和性能要求的基础上,对其设计方案进行分析和确定。     

全向移动机械臂的混合视觉伺服与参数优化

面向全向移动机械臂的视觉控制任务,研究了一种基于混合视觉伺服的控制律设计方法,并采用蝙蝠算法(Bat Algorithm, BA)实现了运动轨迹优化。首先,为实现全向底盘和六自由度机械臂的同时控制,建立了全向移动机械臂整体的速度级运动学模型;进而,根据眼在手中的相机配置方案,分别推导了位置误差和图像误差的雅克比矩阵,在联合了机器人运动学模型的基础上,设计了全向移动机械臂的混合视觉伺服控制律;进一步设计了基于蝙蝠算法的控制器参数优化方法,使机械臂末端能够沿着尽可能短的路线到达期望位置;最终,通过稳定性证明和系统仿真实验说明了该算法的有效性。     

冗余度机械臂零初始关节速度的运动规划方案研究

对一种基于伪逆的冗余度机械臂的运动规划方案进行研究。首先,根据机械臂结构和末端运动规划问题,建立速度层的运动学伪逆算法求解模型。其次,通过在关节速度上加约束,可实现关节速度从零开始平滑变化,并能快速趋近其最小范数解。再次,利用了位置误差补偿方法改善了运动学方程,有效消除或减小机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差,保证轨迹跟踪的精度。最后,利用MATLAB软件对平面四连杆机械臂跟踪圆形和螺旋线曲线轨迹进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案具有指数收敛性质,运动误差能达到较高的精度等级。     

基于SimMechanics的六轴机械臂仿真分析

基于库卡6R机械臂的结构特点,利用Sim Mechanics工具箱对机械臂建立正逆运动学仿真模型,末端添加执行器,使模型与实体的结构保持一致。仿真结果表明利用仿真模型能快速、准确地得到机械臂各关节的角度函数,并可在Figure窗口可以实时观察末端执行器的轨迹,其轨迹变化趋势与实际数学函数相符,验证了模块化建模的合理性和实用性,为6R机械臂后续研究提供了理论依据和仿真模型。     

基于工作区域划分定位法的煤炭采样机械臂逆运动学分析

为了实现对煤炭采样机械臂的精确控制,对采样机械臂的逆解结果进行了择优确定。通过运动学逆解求得逆解组,并采用工作区域划分定位法,在划分好的工作区域内定位出所属区域,根据所属区域内各连杆的运动范围,确定出在少移动大关节,多移动小关节的择优原则下的运动学逆解的最优解,并通过随机选择采样机械臂的工况下的目标位姿,将目标位姿和逆解结果产生的位姿进行了对比,其误差完全符合工作需求,验证了该方法的正确性。得到了各关节运动量,实现了采样机械臂末端执行器的精确定位。     

一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

串联抓取机械臂运动轨迹规划算法研究

首先根据现有的小型六自由度串联机械臂完成D-H参数表,建立机械臂的数学模型,进行机械臂运动学求解.再根据机械臂在抓取目标物体时,末端执行机构的位置和姿态,运用Matlab中的Robotics Toolbox工具箱进行逆运动学求解,得到各关节角的角度。接着在增加障碍物的约束条件下,运用A~*搜寻算法,规划出抓取目标物的运动轨迹。之后应用拉格朗日插值法将运动轨迹上的运动点,通过插值的方法优化,进一步优化A~*算法规划出的运动轨迹。最后通过实验验证,达到了预期的结果,从而验证了在A~*算法的基础上运用拉格朗日插值法,在机械臂轨迹规划上应用的可行性和合理性。     

双目视觉伺服的4-DOF机械手臂运动控制

为了解决多自由度机械手臂由于目标放置偏离而引起的抓取任务失败问题,给出了一种基于双目立体视觉的目标识别与定位控制方法。以抓取矩形轮廓的目标物体放置于矩形目标位置为控制任务,基于双目视觉目标图像信息,分析了目标特征参数提取、识别、匹配以及目标空间位姿测量的方法。结合四自由度(4-DOF)机械手臂硬件控制系统,运用改进D-H参数法建立了机械手臂正运动学模型,并通过逆运动学方法将目标位姿转化为机械手臂的控制指令,实现对目标抓取和放置的运动控制。实验结果表明,该视觉伺服的机械手臂运动控制系统能够准确、稳定地实现抓取和放置任务,定位精度高,对工业机器人在分拣、装配中的运动控制研究和应用有重要的参考价值。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

一种新型机械臂避奇异位形控制方法

为克服机械臂在奇异位形处因自由度退化而带来的运动障碍,提出了一种面向任务分级、基于关节速度空间分解的避奇异位形控制方法。该方法能依据各子任务的控制目标和优先级顺序,依次尽可能地利用关节速度空间的余量,平衡机械臂运动的平稳性与末端执行器的控制精度之间的关系。最后,以PUMA机械臂在肩部奇异位形邻域内的末端位置误差和搬运液体时避关节极限为例,基于此方法进行了运动学仿真分析,结果证明了该方法的可行性和正确性。     

基于最优测量结构选择的机械臂参数标定

测量仪器会产生随机误差,针对其引起测量位姿"再现"运动学参数误差能力差的问题,提出了一种基于最优测量结构选择的六自由度机械臂结构参数标定新方法。首先推导了相对于基坐标系的机械臂末端位置误差模型,然后采用一种基于任务优先级的机械臂轨迹规划方法,以轨迹点的期望位置与标定后实际运动位置间的最大误差优化到最小为目标,选择了最优测量结构组。最后搭建了运动学参数标定实验平台,分别利用选择的随机和最优测量结构组辨识参数误差,并对规划点进行了补偿。通过对比分析标定前后3个坐标轴方向的位置均方根误差、合成位置误差及合成均方根误差可知,采用最优测量结构组标定的结构参数更为有效地提高了机械臂的末端定位精度。     

基于机器视觉的金属工件智能分拣系统设计

针对传统工业中人工分拣效率低和成本高等问题,设计了基于机器视觉的机械臂智能分拣系统。通过摄像头采集图像并对图像进行灰度滤波操作后,使用SOA-OTSU算法对图像进行阈值分割,对目标区域进行Blob连通域分析,实现对工件的识别与定位。运用标准D-H参数法建立三自由度机械臂模型,将工件位置坐标代入逆运动学方程,解得每个连杆的关节转角,将其转化为机械臂步进值,并通过串口通信方式发送给Arduino,由Arduino控制机械臂完成工件的抓取与放置。实验结果表明,该方法提高了分拣系统抓取的准确性。     

基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制研究

为了使凿岩机械臂末端能够保持期望初始姿态且平稳、准确地移动至目标位置，提出一种基于末端姿态约束的液压凿岩机械臂运动控制方法。首先，基于雅可比矩阵建立机械臂末端广义速度与关节速度关系；然后，分析驱动油缸结构并采用全微分方法建立机械臂关节速度与油缸伸缩速度的函数关系，从而基于末端姿态不变的约束，建立机械臂末端广义速度与油缸伸缩速度的对应关系；最终通过控制器给定相应电信号直接控制各油缸伸缩速度完成对姿态约束下凿岩机械臂末端广义速度的控制。使用MATLAB和V-REP(Virtual Robot Experimentation Platform)软件分别对凿岩机械臂末端速度与关节速度关系以及三角油缸和梁摆动油缸伸缩量与关节角度对应关系进行验证，确保计算过程的正确性。通过现场实验得出数据表明：在末端姿态约束下控制凿岩机械臂保持某一期望初始姿态运动不同时间到达不同位置，凿岩机械臂末端最大姿态角偏差为0.42°,末端位置相对误差不超过0.41%,凿岩机械臂运动平稳，说明该运动控制方法可以在保证平稳运行前提下实现凿岩机械臂末端定位，从而满足工程实际需求。