铣削机器人动力学建模及仿真研究

铣削机器人在铣削过程中的动力学状况对机器人在铣削过程中的运动及其稳定性具有较大影响。以6-DOF铣削机器人为研究对象,利用Creo三维软件建立机器人三维模型,获得建立机器人动力学模型的惯性参数;采用Newton-Euler递推法建立该机器人的动力学方程,并在MATLAB环境下对所建立的动力学方程进行编程,对机器人运动过程进行计算分析;利用ADAMS软件对建立的三维模型进行动力学仿真分析,通过比较MATLAB计算结果与ADAMS仿真分析结果,以验证动力学方程的准确性,为铣削过程中铣削机器人动力学状况研究提供理论基础。     

基于可旋转推进器的水下机器人运动控制研究

通过对水下机器人在运动过程中的受力以及力矩分析,水下机器人采用可旋转推进器,所以要实现六自由度的运动只需要4个推进器,采用推进器布局。建立了基于可旋转推进器的水下机器人六自由度运动方程,并有针对性的对六自由度运动方程进行了简化。水下机器人运动控制的分析离不开动力学模型,所以对其进行受力和力矩分析是必要的。在简化的运动方程的基础上设计了运动控制系统,并使用Matlab对其进行仿真验证。     

码垛机器人运动学分析与仿真

高速重载码垛机器人属有色冶金领域关键共性技术。以铝锭连铸生产线专用型层码垛机器人为研究对象,设计开发了一台4自由度关节型码垛机器人,并采用D-H法对该机器人的运动学方程进行研究分析,对机器人运动进行正运动学求解,得到了各关节变量与末端位置运动方程,并应用ADAMS软件对机器人进行运动学仿真分析。仿真结果验证了理论推导的正确性,为以后机器人的静、动态特性分析做参考。     

6自由度模块化机器人工作空间分析与仿真

结合6自由度模块化机器人的结构特点及工况,采用数值法和Matlab平台对机器人的工作空间进行了分析。首先利用D-H(Denavait-Hatrenberg)法对机器人进行正运动学求解,再采用数值法对所求的方程进行分析,并用Matlab软件对分析结果进行仿真,绘制工作空间点云图,并对其外形轮廓图进行拟合,最后通过计算验证了此法的正确性。分析结果为机器人进一步优化及控制系统的设计提供了参考,也为机器人的应用、机器人工作任务的设计及工件的运动和定位提供了理论依据。     

刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真研究

并联机构在运动过程中存在弹性变形和刚柔耦合效应,对机构的运动及其稳定性具有较大影响。针对上述问题,以3自由度刚柔耦合并联机器人为研究对象,基于线性多体系统传递矩阵法(线性MSTMM)建立了刚柔耦合并联机器人多体系统模型和拓扑结构模型,推导了整体系统的空间转换方程和动力学方程;通过Matlab软件建立了机器人SimMechanics仿真模型,并基于PID控制策略对机器人进行了轨迹跟踪的仿真研究。结果表明,机器人末端输出的实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合,机器人系统运动相对稳定,验证了该建模方法的正确性和有效性,为进一步对并联机构进行研究提供了一定的理论依据。     

六自由度十字关节蛇形机器人运动学分析

基于一种具有十字关节的蛇形机器人,建立了机器人的连杆坐标系,采用D-H法建立了机器人的正向运动学方程,给出了机器人的运动学正解表达式。在此基础上,通过解析法求解了机器人运动学逆解。通过对机器人运动模型进行Simulink仿真,给出了机器人末端的运动空间,对所求解的正确性进行了验证。     

基于旋量理论的五自由度焊接机器人正运动学分析研究

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H法更加简化,以五自由度焊接机器人为研究对象,利用旋量理论建立五自由度焊接机器人的理论模型,通过Solidworks建立焊接机器人的虚拟样机,导入虚拟仿真软件ADAMS进行运动学分析。结果表明,ADAMS仿真能直观表达工业机器人的运动规律,同时能验证旋量理论建立的运动方程的正确性和可行性,为后续建立动力学方程、进行运动规划提供了理论基础和新方法。     

基于Matlab的工业机器人运动学分析与仿真

为探讨更有效的工业机器人运动学研究方法,以Stanford机械手为研究对象,分析了其结构及连杆参数,采用改进的D-H法建立了各连杆坐标系和结构的运动学方程;利用Matlab的绘图和矩阵计算能力,特别是其Robotics Toolbox模块功能,在Matlab环境下建立了该机械手的运动学模型,验证了运动学方程的正确性。研究结果表明,通过机器人模型的手动控制和轨迹规划仿真可以使机器人运动的研究过程更为直观。     

基于速度性能指标的码垛机器人尺寸设计

针对一定工作空间下对袋装水泥装车机器人的结构尺寸进行初步设计,采用机构速度性能指标理论进行优选。在初步设计数据的基础上,通过D-H矩阵建立机器人末端执行器坐标系与笛卡尔坐标系的变换矩阵,得到机器人的运动学方程,获取机器人的工作空间并采用MATLAB进行仿真,初步验证工作空间与实际任务工作空间的正确性,并基于机构速度性能指标进行结构尺寸优选。该方法应用于某水泥粉磨站袋装水泥装车机器人的设计中。     

基于坐标变换下的球形机器人稳定平台控制

由于球形机器人内部构件相对于壳体需要保证全方位的运动,所以机器人内部的传感器以及探测设备常因缺乏稳定支撑而无法正常工作.基于此,探讨通过控制的方法使机器人内部形成稳定平台.利用基于能量耗散形式下的拉格朗日方程建立球形机器人前向滚动状态下的动力学模型,并根据实际运动情况对所推导的动力学方程进行线性化处理,接着通过坐标变换的方法,使方程在新的平衡点处转化为线性定常的状态空间形式.在整个变换过程中引入平衡摆角和平衡速度两个重要概念,为进一步分析机器人运动特征奠定基础.对于动力学方程中出现的循环坐标,采用减少状态变量的方式来保证系统的可控、可观性.针对机器人运动中所需要达到的具体性能指标要求,设计机器人的全状态反馈控制器,可对系统的极点进行任意配置.仿真结果表明了所设计的控制器的有效性.     

五自由度焊接机器人的运动学建模

针对机器人自主焊接的要求,开发了五自由度焊接机器人。建立了机器人的D—H连杆坐标系,根据D-H连杆坐标系,推导了机器人的运动学正解方程和逆解方程,并通过Matlab仿真软件对机器人运动学进行仿真。最后通过实验证明了该方法的精度完全能够满足工程需要,能够为机器人的自主焊接提供依据和支持。     

SK6弧焊机器人运动学正解问题研究

根据SK6弧焊机器人的杆件参数,建立了SK6弧焊机器人的运动学方程;考虑焊枪结构,首次建立了SK6弧焊机器人焊枪末端的运动学方程.该问题的解决,对于SK6弧焊机器人离线编程系统中机器人的仿真是非常关键的,对研究其它机器人也有一定的参考意义.     

一种特殊6R机器人的位置反解

在实时控制中，6R机器人的位置反解具有非常重要的理论和实际意义。构造了一种特殊的6R串联机器人机构，结合了代数消元和结式消元法，得出了6组方程，求出了对应的全部8组符号解。     

虚拟封闭运动链法提高机器人运动学标定精度

介绍了一种基于激光器构造虚拟封闭运动链的标定方法,该方法通过末端操作器上安装的激光器向观测平板发射激光束,并保持激光投影点处于观测平板上一个固定位置,构造出一个虚拟封闭运动链。在此基础上对IRB140机器人的几何参数进行了标定,经试验验证表明,本标定方法有效地实现了机器人绝对精度的大幅度提高。     

A systematic graph-based method for the kinematic synthesis of non-anthropomorphic wearable robots for the lower limbs

The choice of non-anthropomorphic kinematic solutions for wearable robots is motivated both by the necessity of improving the ergonomics of physical Human-Robot Interaction and by the chance of exploiting the intrinsic dynamical properties of the robotic structure so to improve its performances. Under these aspects, this new class of robotic solutions is potentially advantageous over the one of anthropomorphic robotic orthoses. However, the process of kinematic synthesis of non-anthropomorphic wearable robots can be too complex to be solved uniquely by relying on conventional synthesis methods, due to the large number of open design parameters. A systematic approach can be useful for this purpose, since it allows to obtain the complete list of independent kinematic solutions with desired properties. In this perspective, this paper presents a method, which allows to generalize the problem of kinematic synthesis of a non-anthropomorphic wearable robot for the assistance of a specified set of contiguous body segments. The methodology also includes two novel tests, specifically devised to solve the problem of enumeration of kinematic structures of wearable robots: the HR-isomorphism and the HR-degeneracy tests. This method has been implemented to derive the atlas of independent kinematic solutions suitable to be used for the kinematic design of a planar wearable robot for the lower limbs.     

基于单目视觉的并联机器人末端位姿检测

高效、准确地检测机器人末端位姿误差是实现运动学标定的关键环节。提出一种基于单目摄像机拍摄立体靶标序列图像信息的末端执行器6维位姿误差辨识方法,构造具有平行四边形几何约束的四个空间特征点,并以平行四边形的两个消隐点为约束,建立空间刚体位姿与其二维图像映射关系模型,实现末端位姿的精确定位,然后以Delta高速并联机器人为对象,进行了运动学标定试验,验证该方法的有效性,为这类机器人低成本、快速、在线运动学标定提供重要的理论与技术基础。     

三轴差速器及其在管道机器人驱动系统中的应用研究

根据轮式管道机器人过弯管的具体要求，提出了一种新型三轴差速器。推导了三轴差速器的运动关系方程，经验证核差速器可以完成过弯管机器人的三轮差动任务，还可以应用在其它具有多轴差要求的传动系统中。     

基于等效运动副化及运动副退化的公差分析法

针对公差不仅在数值上具有随机性,其所约束的几何特征在空间的位置姿态上也具有随机性的特点,提出了公差约束等效运动副化及运动副退化法。等效运动副化将公差约束的几何特征转化为被运动副控制的几何特征,该等效运动副本身是虚拟的具有多自由度的等效运动副,将公差约束的几何特征转化为被多自由度运动副控制的几何特征,装配体转变为一个无误差的开环机械臂,考虑到因装配工艺而产生的不同运动副自由度之间的相互制约的现象,采用运动副退化法去除冗余自由度,由此建立装配体公差分析模型,并将装配体公差模型分析的数值与加工装配体的实验检测值进行对比。     

多刚体系统运动学分析的自然坐标法及在悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚体系统运动学分析的自然坐标法。利用自然坐标描述多刚体系统时,只需要一些点和一些单位向量,刚体的约束方程和运动副的约束方程组成了多刚体系统的运动学约束方程。约束方程均为线性或二次方程,因此求解方便。文中利用该方法分析了Maepherson悬架的轮胎横向滑移量、主倾内倾角等与车轮上、下跳动距离的关系。     

Motion error compensation of multi-legged walking robots

Existing errors in the structure and kinematic parameters of multi-legged walking robots,the motion trajectory of robot will diverge from the ideal sports requirements in movement.Since the existing error compensation is usually used for control compensation of manipulator arm,the error compensation of multi-legged robots has seldom been explored.In order to reduce the kinematic error of robots,a motion error compensation method based on the feedforward for multi-legged mobile robots is proposed to improve motion precision of a mobile robot.The locus error of a robot body is measured,when robot moves along a given track.Error of driven joint variables is obtained by error calculation model in terms of the locus error of robot body.Error value is used to compensate driven joint variables and modify control model of robot,which can drive the robots following control model modified.The model of the relation between robot’s locus errors and kinematic variables errors is set up to achieve the kinematic error compensation.On the basis of the inverse kinematics of a multi-legged walking robot,the relation between error of the motion trajectory and driven joint variables of robots is discussed.Moreover,the equation set is obtained,which expresses relation among error of driven joint variables,structure parameters and error of robot’s locus.Take MiniQuad as an example,when the robot MiniQuad moves following beeline tread,motion error compensation is studied.The actual locus errors of the robot body are measured before and after compensation in the test.According to the test,variations of the actual coordinate value of the robot centroid in x-direction and z-direction are reduced more than one time.The kinematic errors of robot body are reduced effectively by the use of the motion error compensation method based on the feedforward.