五自由度小型示教机械臂设计

设计了一种五自由度的机械臂,为了解决运动学分析结果不易验证以及在实际本体上实验成本较高的问题,制作了一套简易五自由度小型示教机械臂模型。通过D-H法对机械臂运动学进行分析,然后在MATLAB上执行运动学仿真,运用蒙特卡罗法对示教机械臂的工作空间进行求解,仿真结果验证了预期设计目标。此外,对机械臂轨迹规划、运动仿真进行实验验证,实际结果与运动学分析的结果保持一致。     

基于改进SIFT算法的机械臂识别抓取研究北大核心

为解决水下机器人进行水下目标物识别时,存在的计算速度慢、抗噪声能力差等问题,提出一种基于SIFT和FLANN的图像识别算法,并在自主研发的机械臂平台上进行验证。使用改进算法提高目标识别的准确率;基于D-H法建立机械臂模型进行运动学分析,实现系统优化控制。利用机械臂进行多组抓取实验。结果表明:所提方法不仅可以准确地识别海参,同时可以自动调节识别框的位置,提高机械臂抓取的成功率,验证了该算法的有效性。     

混凝土水力破拆机械臂运动学分析及仿真

以混凝土水力破拆机械臂为研究目标,运用D-H法建立机械臂各连杆坐标系模型,并进行对机械臂运动学分析,验证了运动学模型的正确性;在ADAMS中,按顺序控制对机械臂模型进行运动学仿真分析,得到了机械臂最大破拆高度、最大横向破拆宽度、最大破拆深度、运动包络图和喷枪末端的位移曲线,为机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

基于改进人工蜂群算法的冗余机器臂逆解研究

针对具有移动关节的7自由度机械臂逆运动学求解困难的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的逆运动学求解方法。首先根据冗余机械臂的物理结构简化出几何模型,利用D-H法建立运动学模型,由坐标系变换得到正运动学的解。由于该冗余机械臂不满足Pieper准则,难以用传统方法求得封闭解;因此采用改进人工蜂群智能算法,利用位置误差与姿态误差的标准差作为目标函数,求取逆运动学的最优解,并利用Matlab编程进行仿真验证,仿真结果表明该方法准确有效,为具有移动关节的冗余机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。     

移动焊接机器人结构设计与路径规划

针对大型焊接件生产中存在的大范围复杂焊缝以及狭窄空间内部焊接条件恶劣的情况,设计一种新型移动焊接机器人。采用3个独立驱动的OMNI全向轮作为机器人的移动机构,同时在移动机构底盘安装支撑轮及可调节磁吸附装置,并设计五自由度机械臂作为焊接执行机构;对机器人移动平台与机械臂分别进行运动学分析以及整体运动学分析,推导出机器人末端执行器与驱动轮、机械臂关节角位移之间的函数关系;针对曲率变化较大的焊缝难以焊接的问题,提出基于改进粒子群优化算法的多段直线逼近曲线的移动平台路径规划算法,并用MATLAB仿真验证了该路径规划算法可以完成任意曲率曲线的焊缝离散化,在满足焊接精度的前提下,能够减少焊缝离散点数目,提高了移动平台路径规划的效率。     

6自由度3P3R温室服务机械臂运动学分析

应用Lie群知识和旋量理论等现代数学工具,描述了机械臂的刚体运动及传递关系。通过指数积公式与关节旋量建立了串联构型机械臂的运动学模型,分析了运动学正解与逆解,并以某型6自由度3P3R温室服务机械臂为例,对运动学算法进行了验证。基于旋量与指数积的运动学算法与D-H参数法等效,但相比之下,几何与物理意义明确,计算过程更简单且无奇异性,更适合机械臂运动控制系统设计需要。     

基于视觉的机械臂轨迹优化方法研究

针对应用视觉系统进行工件抓取时,工件相互遮挡导致识别工件不准确且抓取效率较低的问题,提出基于视觉的机械臂轨迹优化方法。由相机采集工件图像信息,通过标定机械臂坐标系、工件坐标系及相机坐标系,建立“手眼”坐标关系,基于点云数据对工件识别与定位;提出改进遗传-鲸鱼混合轨迹规划算法,以控制工件抓取过程。对机械臂的3个重要关节进行了运动仿真与实验测试。仿真结果显示：改进的遗传-鲸鱼混合算法收敛速度更快,搜索能力更强,优化后的抓取时间比基本遗传算法优化的抓取时间减少了2.3 s。实验结果表明：基于点云识别的机械臂抓取成功率达到93.75%,极大提高了抓取效率,验证了算法的有效性。     

机器视觉主导的机械臂动态抓取策略研究

针对传统工业机器人在移动目标的抓取中存在灵活性和位姿适应能力差的问题,以开源机器人操作系统（ROS）为平台进行基于视觉反馈的动态抓取策略研究。在ROS中搭建UR5机械臂动态抓取系统,并对机械臂进行正逆运动学分析;提出基于RGB颜色空间和SITF算法结合的新型特征识别方法以提高识别效率;设计注视逼近的视觉反馈控制策略,实现机械臂对传送带上移动目标的抓取操作。结果表明：所提策略识别成功率达到99.6%,逼近抓取成功率达到98.33%,验证了机器视觉主导的反馈抓取算法基本满足工程实际应用,有较高的可行性和准确性。     

液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真

针对液压支架顶梁焊接过程中焊接工艺不完善、焊接难度大的现状,设计一种五自由度焊接机械臂,以保证顶梁的焊接效率和质量。基于改进D-H参数建模方法,对顶梁焊接机械臂进行正、逆运动学分析求解;采用蒙特卡罗法对液压支架顶梁焊接机械臂的有效工作空间进行分析;使用MATLAB中Robotics Toolbox工具箱对焊接机械臂进行建模和轨迹规划分析和仿真,得到各关节的角位移、角速度以及角加速度曲线;使用Adams得到机械臂的实时跟踪轨迹,经验证可知MATLAB的轨迹规划是正确的。分析仿真结果可得,设计的顶梁焊接机械臂轨迹平稳并连续,满足运动学要求,为后续顶梁焊接机械臂的动静力学分析和优化设计以及运动控制奠定了基础。     

基于视觉的机器人目标抓取研究

为了减少机械臂在产品分类和抓取过程中的执行时间,减少定位误差,提高生产效率,提出基于视觉反馈机制的机器人控制方法。针对传统机器人只根据待抓物体特征点进行识别的局限性,根据机械臂系统可同时检测对象颜色和形状属性,提出基于RGB颜色空间和surf算法结合的目标对象特征提取方法;结合机械臂空间移动过程方法的研究,从机械臂逆运动学的角度出发,对以完成位姿定位的物体进行抓取;使用众为创造科技有限公司生产的xArm机器人验证所提方法的有效性和鲁棒性,结果表明该视觉识别方法有效提高了机器人抓取的精准性。     

六自由度机械手的运动轨迹规划与仿真

轨迹规划是影响六自由度机械手运动学性能,保证其平稳快速完成指定任务的重要内容。文中基于D-H坐标系,建立机械手运动学模型,求解正、逆运动学方程。采用4-3-4多项式关节插值算法,对六自由度机械手进行轨迹规划。利用MATLAB对机械手进行运动学仿真,输出各关节位置、速度及加速度曲线。基于仿真结果,将4-3-4轨迹规划方法与三次多项式轨迹规划进行比较,结果表明:4-3-4多项式插值轨迹规划方法可以保证机械手平稳快速地到达期望位姿,完成指定任务。     

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。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

基于RBF-BP算法的工业机械臂轨迹控制与跟踪

针对现有机械臂轨迹控制补偿算法偏差大、效率低的不足,提出一种基于RBF-BP的机械臂行进轨迹控制与跟踪算法研究.从机械臂各轴向的空间移动、角度旋转等6个自由度出发建模,描述机械臂末端的位置移动和姿态变化,并计算向量的移动距离和偏转角度;面对机械臂系统误差和摩擦扰动导致的轨迹偏差问题,利用RBF-BP算法局部逼近最优控制...     

基于定位法线的工件最少定位点布局规划方法

以建立满足工序需求的工件定位点数量最少的定位布局为目标,以定位法线为介质,基于定位法线的工件定位的几何定理,推论出工件自由度与定位法线关系,获得自由度约束模型的定位法线信息;建立工件自由度数学模型,运用逻辑减运算法则建立工件各类型自由度之间关系,获得自由度模型的规划方案;根据规划方案中的定位法线信息,得出定位点初始布局。利用典型实例详细介绍了基于定位法线进行工件定位点布局规划的应用过程。该方法仅需自由度信息,规划过程简便,适用于各类工件,尤其是复杂工件的初步定位方案设计。     

移运油管机械手设计及其轨迹规划

国内油田修井作业存在人工辅助管柱的起、下操作的危险性以及人工效率低下的问题。研制一种修井作业移运油管机械手,并提出一种新型末端夹持器机构模型,以解决机械手抓取油管的难题。根据D-H参数法创建机械手运动学模型,对机械手进行正逆运动学分析;结合移运油管的工况需求,确定移运过程的轨迹以及经过的目标关键点;使用MATLAB和五次多项式插值法,根据目标关键点进行轨迹仿真,验证机械手轨迹规划的合理性,为机械手的运动控制和轨迹优化提供参考。     

并联平面平动机器人运动学分析及其仿真

提出了一种具有2个自由度的新型并联平面平动机器人,该机器人的运动平台和静平台之间由2个相同的分支相联系,每一支链都含有2个平行四边形机构,所有运动副均为转动副,其优点是运动副简单、末端为一刚体的平动.本文分析了其位置正、反解,并对其运动进行了模拟仿真.该机器人可广泛应用于切削加工、零件搬运及空间机器人的平动部分等方面.本文的分析结果可用于该机器人的设计、轨迹规划及实时控制中.     

基于3D打印技术的并联机器人机构的动力学研究

针对3D打印快速成型技术的性能需求,提出了一种基于3-PUU型三自由度3D打印并联机器人。对其中的3-PUU并联机构进行了运动学分析,求解出该并联机构的位置逆解方程;利用"S型曲线加减速"规划算法对该机构的运动轨迹进行了运动规划,建立了基于SimMechanics的3-PUU并联机构动力学模型;通过PID控制器对其进行了动力学仿真,得到了在规划轨迹下该并联机构中各个支链的位移、速度、加速度以及支链驱动力曲线。分析表明:该并联机构具有很好的运动以及动力学性能,可以作为3D打印技术中对汽车、飞机、医疗器械零部件的打印。     

NMPC算法下六自由度机械臂避障轨迹规划

针对机械臂在空间避障轨迹规划的需求,提出一种基于NMPC的六自由度机械臂避障轨迹规划算法。与以往的避障算法相比,该避障算法在规避障碍物的同时可以对运动轨迹精度进行控制。首先,建立六自由度机械臂自主防撞最优控制模型。其次,为了保证系统的时效性,对复杂的六自由度机械臂系统进行线性化处理,并且通过剪切搜索的方法来寻找最优解。最后,使其在满足控制约束和轨迹约束的前提下,达到自主避障效果。通过MATLAB对该算法进行仿真验证,结果表明：该方法能够有效地规划出满足机械臂性能要求的无障碍运动轨迹,实现机械臂在动态环境下的防撞控制,有效提高机械臂的运行安全。