复合轮式机器人运动控制数学建模与实验研究

针对棉纺车间棉桶搬运更换机械化作业技术要求,改善固定式4轴棉桶搬运机器人(Cotton Barrel Handling Robot,CBHR)的作业局限性,提高CBHR的有效利用率,文章研制了一种以自动导引车(Automatic Guided Vehicle,AGV)作为CBHR安装平台的复合轮式机器人(Composite Wheeled Robot,CWR),实现其作业时行走运动;探讨了复合轮式机器人抗倾覆的必要条件,建立了CWR速度调节与方向纠偏的数学模型。引入驱动电机速度运行控制参量,分析了CWR机器人运动速度、定位精度影响因素与获得稳定运动特性的控制规律;对实验样机运行测试研究表明,文章提出的运行速度调节方法正确,速度调节、定位精度满足作业技术要求。     

基于ANSYS Workbench的棉桶更换机器人整机静力学分析与优化

以棉桶更换机器人为研究对象,采用Solidworks对机器人进行建模与装配,获得了总体设计模型;采用ANSYS Workbench软件,分析了棉桶更换机器人整机在最大载荷情况下最远端位姿的静力学特征,得到整机在工作空间内的应力云图和位移云图;综合研究机器人强度和刚度分布特性,指出腰部的回转支架是其薄弱环节所在;提出通过加厚回转支架底部的加强筋,可以在一定程度上减小机器人最大等效应力和最大等效位移,从而进一步提高机器人的结构性能。     

打磨工业机器人轨迹规划仿真

为了研究打磨工业机器人的轨迹规划,使用D-H法建立机器人连杆坐标系,在MATLAB的环境下建立机器人三维模型,并在关节空间与笛卡尔空间进行了轨迹规划仿真,直观地显示出关节的变化情况与机器人末端在三维空间中运动的轨迹,结果表明对打磨机器人的轨迹规划是合理的,为打磨机器人沿着轨迹精确且平顺的运动提供了帮助。     

码垛机器人运动学分析及关节空间轨迹规划研究

以IRB-460工业机器人为研究对象,针对其运动学建模及在笛卡尔空间和关节空间下的轨迹规划方法展开研究并进行对比。对机器人本体进行了机器人运动学分析,利用多项式轨迹插值算法进行了关键点间的轨迹规划,完成了重叠型码垛的作业流程。利用Robotics Toolbox完成了轨迹规划算法仿真,并进行了结果分析。仿真结果表明在关节空间下进行轨迹插补所得的路径点更为优化,所得的轨迹更为满足作业任务,具备合理性。     

6R关节式机器人运动学仿真分析

为研究PR05型号6自由度关节型机器人的运动性能和轨迹规划,运用D-H建模方法对该机器人建立运动学方程,并基于其变换矩阵中元素的特性,提出一种6自由度机器人运动学逆解优化算法,该算法只需进行一次矩阵逆乘,从而使计算过程简化,而后分析了该机器人的奇异状态位置;在Matlab Robotics Toolbox环境下,对该机器人进行仿真建模,并对其运动学正逆解和关节空间轨迹进行实例仿真,得到了机器人各个关节的动力学参数仿真曲线和运动轨迹数据,验证了所建立的机器人运动学模型正确以及正逆解算法的有效性,表明了该机器人运动性能良好,轨迹曲线平滑无波动。     

5-DOF仿人型机械臂关节空间轨迹规划研究

文章以5-DOF仿人型机械臂为研究对象,讨论了工业机器人轨迹规划方法及相关问题。对该机械臂进行了运动学分析,建立了机械臂运动学方程,并针对典型搬运作业方式,以距离最优为目标选取空间梯形路径关键点,设计了基于关节空间五项多项式插值算法的轨迹规划方法,利用Robotics Toolbox工具箱进行机械臂虚拟建模及关节空间轨迹规划仿真。经验证,相对于传统矩形路径作业方式,该方法可以更好完成工业机器人搬运作业的轨迹规划问题,对进一步结合工艺参数研究工业机器人控制系统具有必要的理论及实践意义。     

基于ROS-I的弧焊机器人笛卡尔运动规划研究

针对机器人笛卡尔空间轨迹规划难度大且复杂的问题,提出了一种基于机器人操作系统ROS-I平台的机器人笛卡尔空间运动规划方法。文中以埃夫特机器人为研究对象,首先将机器人的三维模型转换成URDF文件,然后利用MoveIt!功能包创建弧焊机器人运动规划需要的配置和启动文件。通过插补算法完成了弧焊机器人直线轨迹和圆弧轨迹的构建并使用Descartes库完成了弧焊机器人笛卡尔空间运动规划仿真。最后在运动规划的基础上,通过机械动力学软件ADAMS获得了机器人焊枪末端的位移、速度和加速度曲线。仿真结果表明,ROS-I的Descartes库能够提高机器人笛卡尔运动规划的效率且具有较高的精度,为弧焊机器人在复杂环境中的轨迹规划提供了可供参考的方案。     

工业机器人在MATLAB-Robotics中的运动学分析

本文设计了一种基于工业机器人的自动化处理系统,能够将工人从繁重的体力劳动中解放出来,避免了工人长时间在恶劣的环境中工作,首先需要在MATLAB Robotics环境下,建立机器人运动模型,对6R机器人的正运动学方程进行仿真验证。对机器人运动轨迹进行插补运算,运用MATLAB Robotics Toolbox工具箱编写了简单的命令程序,对工作空间内机器人进行关节轨迹规划与笛卡尔空间内的轨迹规划仿真,为6R工业机器人的运动学分析及轨迹仿真提供了参考依据。     

铸件多功能作业机器人多臂协调轨迹规划与仿真

以铸件多功能作业机器人的工作臂为研究对象,采用笛卡尔空间变量法对机器人铸件搬运过程进行轨迹规划。结合多臂协调的运动约束条件以及伪逆法,对机器人的4个工作臂关节运动进行优化,得到多机械臂协调运动的关节位置和速度变化曲线。由MATLAB软件仿真得到的运动参数曲线可知,算法优化后得到的运动轨迹均能保持连续、平滑,有利于实现对机器人的精准控制。利用机械臂正运动学方程得到了机械臂末端执行器的轨迹曲线,曲线满足铸件搬运的要求,验证了算法的正确性。     

基于ROS的工业机器人轨迹规划和仿真

针对工业机器人轨迹规划算法实现困难、运动过程存在柔性冲击的难题,通过对主流机器人操作系统ROS(Robot Operating system)的研究,提出一种在ROS系统下的轨迹规划的方法。实现了六轴工业机器人在笛卡尔运动空间和关节空间理想的运动轨迹,通过优化的S形轨迹规划算法得到的关节速度、加速度、加加速度变化平滑,保证了机器人运动过程的快速平稳,有效降低了柔性冲击。并通过RViz对机器人进行仿真,仿真结果和关节角度曲线图符合预期效果,表明了此方法的可行性。     

工业机器人运动学分析和轨迹拟合研究

为更好地控制工业机器人进行精准的作业,以Puma560工业机器人为例,运用D-H表示法对工业机器人的结构和连杆参数进行分析,建立运动学方程。利用三次多项式插值方法规划出机器人关节角的运动轨迹。在分析了工业机器人运动学模型的基础上,提出了一种通过对机器人轨迹拟合计算表示机器人关节运动精度和机器人运动精度的方法,为后续提高机器人运动精度研究提供了理论依据。     

光伏板清洁机器人运动学建模与仿真

为实现光伏板清洁机器人的精准运动控制,运用D-H法建立光伏板清洁机器人臂架机构运动学数学模型。根据变量的性质,将光伏板清洁机器人臂架机构的运动学问题用驱动空间、关节空间、位姿空间之间的映射关系描述,根据机构的几何特征,分别推导出各工作空间之间的映射关系。在MATLAB环境下对臂架机构数学模型进行运动学仿真并绘制清洗装置末端轨迹包络图,验证光伏板清洁机器人臂架机构运动学数学模型的正确性。研究结果为光伏板清洁机器人轨迹规划、运动仿真与动力学分析等提供了理论依据。     

IRB4400喷涂机器人运动学分析研究

喷涂机器人的运动学分析是动力学控制和轨迹规划的理论基础,为提高运动学求解效率,以ABB IRB4400喷涂机器人为研究对象,在Robotics Toolbox中对其建立了D-H模型,进行了正运动学分析。并针对机器人一般逆运动学求解方法复杂低效的问题,研究了BP神经网络智能算法在该型机器人逆运动学求解中的应用。运用正运动学分析结果,在Matlab中利用蒙特卡洛法编程实现了机器人的工作空间仿真,利用神经网络算法求解得到的逆解进行了轨迹规划仿真,得到了机器人工作空间仿真图,连续光滑的关节角、角速度和角加速度曲线图。从而验证了机器人建模的正确性、正运动学分析的合理性和逆运动学算法的有效性,为实际编程作业效率的提高提供了参考。     

基于MATLAB Robotics Toolbox的UR5机器人轨迹规划与仿真

为了解UR5机器人实时轨迹变化情况,根据Denavit-Hartenberg参数法在MATLAB Robotics Toolbox中利用Link函数建立了UR机器人的三维数学模型,对UR5机器人进行了正、逆运动学求解与理论分析,推导出各个关节角之间的变化关系;利用三次多项式插值法对任意PTP (点到点)之间的空间轨迹规划进行理论分析,并结合MATLAB Robotics工具箱对UR5机器人数学模型进行了空间轨迹规划和仿真,得到了连续变化的轨迹曲线。仿真结果验证了机器人运动学模型的正确性和合理性,为UR系列机器人的进一步研究和应用提供了理论依据。     

UR10机器人的运动学分析与轨迹规划

为了让机器人在作业过程中运动轨迹具有连续、平滑的特性,对6自由度机械臂进行了运动学分析和轨迹规划。以6自由度的UR10机器人为研究对象,以刚体运动的齐次变换理论为基础,应用改进的D-H法对UR10机器人进行了运动学建模,基于几何与代数法对机器人进行了正、逆运动学分析,得到笛卡尔空间中末端执行器的位姿与关节空间中机器人关节角度之间的映射关系,并通过实例验证了公式推导的准确性。最后,基于MATLAB机器人工具箱,应用梯形的速度混合曲线对UR10机器人进行轨迹规划的仿真实验。试验结果表明:基于梯形的速度混合曲线得到的轨迹规划,实现了机器人的运动轨迹的连续和平滑。     

六自由度机器人的运动学分析及码垛轨迹规划

现如今生产过程中的码垛场景多为专用的四自由度码垛机器人,通用性和灵活性较差。为提高码垛过程中机器人的通用性和灵活性,实现六自由度串联机器人的码垛,根据改进D-H法,在UR5机器人各关节末端建立固连坐标系,推导出UR5的正运动学变换矩阵及逆运动学各关节表达式。使用梯形速度控制,确定了码垛过程中直线轨迹部分的运动规律,得到了码垛过程中圆弧轨迹部分的坐标转换关系及机器人末端运动过程。在空间中规划出码垛时机器人末端轨迹,并进行仿真。绘制了各关节运动曲线,表明机器人在码垛过程中轨迹平滑,运行平稳,对六自由度串联机器人的码垛研究具有参考意义。     

六自由度经济型工业机器人设计与运动学分析

设计了一种六自由度经济型工业机器人,从经济性考虑,完成了驱动电机、减速器及控制器的选型和各关节的结构设计,在保证性能要求的情况下降低了机器人的成本。根据D-H方法建立机器人的运动学数学模型,得出机器人末端点的运动方程,在Matlab环境下,采用蒙特卡洛法求出机器人的工作空间点云图,运用Robotics Toolbox对该机器人进行仿真建模,并进行了实例仿真。通过仿真结果分析机器人的运动情况,验证了运动学算法的正确性,符合预期的设计目标,为机器人轨迹规划和控制的研究提供了可靠的依据。     

多机器人轨迹规划研究综述及发展趋势

多机器人系统与单机器人相比,具有工作效率更高、灵活性更好等特点,受到广泛关注。轨迹规划决定了机器人末端执行器的作业效率和运动性能。多机器人系统在工作空间大范围重叠情况下,每个机器人的协同轨迹规划的计算量非常大。从基本轨迹规划、最优轨迹规划及深度学习等方面,详细分析和综述了多机器人轨迹规划的各类方法,并对该领域的技术发展趋势进行了分析和展望,指明未来工作的研究方向。     

棉桶更换机器人前臂有限元分析及拓扑优化

由于复合机器人受AGV承载、锂电电源功耗与自重设计限制,4轴机器人设计轻量化是其关键。前臂是棉桶更换复合机器人关键部件之一,文章以此为研究对象,在考虑满足设计强度、刚度的条件下,以前臂结构轻量化为首要设计考虑因素,建立前臂实体三位模型,利用有限元分析软件ANSYS对前臂做静力学分析,获得危险工况下的应力和位移变化特性;采用Opti Struct软件对前臂进行拓扑优化,依据拓扑优化结果完成前臂结构的改进设计,并对优化后的模型做静力学分析。研究结果表明,优化后的设计方案最大应力、位移均有所减小;在满足强度、刚度设计要求的情况下,前臂重量减少18.4%,较好地实现了前臂轻量化目标,为课题后续产品研制提供了技术支持,也为同类技术产品设计提供了借鉴。     

双机器人协调焊接任务规划及仿真

针对复杂曲线焊缝,对一台机器人夹持待焊接的工件,另一台机器人对物体进行焊接的双机器人协调焊接运动问题展开研究,建立了双机器人协调焊接坐标系,采用非主从式运动学轨迹规划,给定待焊接物体上某一点u的位姿,通过点u到焊接机器人和夹持机器人工具末端的两个约束矩阵,分别计算得到焊接机器人和夹持机器人的末端轨迹;焊接过程采用船形焊缝约束,保证焊枪与焊缝在弧焊过程中始终处于接头成形良好的位置,建立双机器人协调焊接Solidworks-SimMechanics仿真平台,并对一个管道直角钢制弯头的协调焊接进行了运动学轨迹规划和仿真.结果表明,建立的平台能精确和有效地对双机器人协调焊接运动进行任务规划和分析,机器人运动轨迹与规划的轨迹一致.