可重构模块化机器人正运动学建模

对可重构模块化机器人的正运动进行了研究,对每一个功能模块推导出了独立变换矩阵.将装配机器人各模块的矩阵加以连乘就可以得到正运动学公式.每一个功能模块的矩阵仅随模块的类型的改变而改变,不随模块的大小而改变.同时采用Matlab语言建立了正运动学的用户界面,进一步简化机器人正运动学的计算.     

可重构模块化机器人逆运动学建模

可重构模块化机器人的构形确定后,找出依序的关节模块、连杆模块.采用局部指数乘积公式和微分运动学公式建立逆运动学数学模型,然后采用牛顿-拉普松迭代法获得数值逆运动学的迭代公式;用Matlab语言建立了逆运动学的用户界面,自动生成逆解说明该方法的可行性.     

一种可重构模块化机器人的设计与运动学分析

设计了一种结构简单、联接方便的模块化机器人关节结构,每个模块具有统一的机械接口和电路接口,实现了接口的通用化,可以根据实际工作需求自由选择关节模块数目进行机器人的结构搭建,实现在不同工况下,满足相应的机器人所需要的自由度。用旋量理论对该模块组合的六自由度机器人进行运动学求解和工作空间分析,充分证明了模块化关节结构设计的可行性与有效性。     

可重构机器人运动学正逆解的算法研究

基于指数积公式法，建立了与可重构机器人构型无关的正向运动学方程；将机器人整体运动学逆问题分解成若干子问题的组合，并通过对11种标准型子问题和指数积方程分解处理技巧的分析，得出了能快速方便地求解各种构型可重构机器人运动学逆解的通用方法。结合实例说明了上述方法的有效性。     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

模块化可重构足式仿生机器人设计

在应用仿生学原理和拓扑理论对足类生物骨骼结构进行简化和模块化分的基础上,开发了一套模块化可重构足式机器人系统,此套系统能够构造出多种不同构形的足式机器人,并且由于采用了均一化的设计,在一定程度上降低了生产成本。     

模块化可重构三腿并联机器人的运动学控制

基于局部指数积公式,提出了利用Paden-Kahan子问题法直接解析求解模块化三腿并联机器人关节角位移的逆运动学方法,进行在线位置轨迹规划与控制。由于在求解主动关节位移的同时被动关节位移也可一并求出,因此和迭代法相结合可以提高在线计算前向运动学的效率,实现位置轨迹的在线监控。通过对球面工件进行加工的演示,验证了子问题法在并联机器人运动控制中应用的实用性。     

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。     

一种可重构模块化机器人系统的运动学研究

介绍了一种可重构模块化机器人系统,进行了基于指数积法的模块化机器人的运动学研究。采用装配映射矩阵描述模块装配的拓扑结构信息。利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得了各个关节的旋量坐标并自动生成了基于全局指数积法的机器人运动学正解模型。通过对旋量坐标的伴随矩阵变换获得了机器人的空间雅克比矩阵,进而采用速度变换的方法得到了夹爪坐标系相对于空间坐标系的雅克比矩阵。采用Newton-Raphson迭代方法,利用雅克比矩阵的广义逆实现了运动学逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。     

基于虚拟样机的可重构模块化机器人动力学分析

根据给定的工作任务分析确定可重构模块化机器人的构型后,进行机器人的轨迹规划和变量求解;然后采用牛顿-欧拉方法,并借助MATLAB软件设计用户界面计算和导出各个关节模块的实时控制变量值的文件,并将其导入ADAMS软件中进行动力学分析和仿真。     

Module-based method for design and analysis of reconfigurable parallel robots

This paper presents a method for the design and analysis of reconfigurable parallel robots. The inherent modularity in a parallel robot lends itself as a natural candidate for reconfiguration. By taking the branches as building blocks, many modular parallel robots can be constructed, from which a reconfigurable parallel robot can be realized. Among three types of reconfigurations, namely, geometry morphing, topology morphing, and group morphing, the method presented here is for the last two reconfigurations, thereby advancing the current research that is mainly limited to geometry morphing. It is shown that the module-based method not only provides a systematic way of designing a reconfigurable parallel robot, but also offers a unified modeling for robot analysis. Two examples are provided, one showing the topology morphing and the other showing the group morphing.     

可重构模块化工业机器人构形及其静力学分析

可重构模块化工业机器人是机器人学研究领域中兴起的一个新的研究方向,其核心和基础内容是可重构工业机器人的模块划分和模块组合运动规划。分析可重构模块化工业机器人的特点,以50kg负载工业机器人为例,介绍了工业机器人模块的划分,结合课题所涉及的具体实例分别对工业机器人的各个模块进行了详细的叙述。采用基于SolidWorks的三维建模和基于ANSYS的结构性能分析相结合的方法,完成50kg负载工业机器人本体的构建,实现了工业机器人的可重构化。     

Generation of closed-form inverse kinematics for reconfigurable robots

For reconfigurable robots, the automatic generation of inverse kinematics is a key problem, because such robots may assume various configurations. In this paper, the screw and product-of-exponentials (POE) formula are used to model the kinematics of reconfigurable robots. The POE formula can be converted to canonical subproblems through decomposition and adjoint transformation. Three classes and 28 types of subproblems containing geometric or algebraic solutions are identified and solved, which can be reused in different configurations. A generalized, decomposable, and reusable approach for close-form inverse kinematics of reconfigurable robots is developed based on POE and subproblems. The effectiveness of this method is shown in an example.     

Generation of closed-form inverse kinematics for reconfigurable robots

For reconfigurable robots, the automatic generation of inverse kinematics is a key problem, because such robots may assume various configurations. In this paper, the screw and product-of-exponentials (POE) formula are used to model the kinematics of reconfigurable robots. The POE formula can be converted to canonical subproblems through decomposition and adjoint transformation. Three classes and 28 types of subproblems containing geometric or algebraic solutions are identified and solved, which can be reused in different configurations. A generalized, decomposable, and reusable approach for close-form inverse kinematics of reconfigurable robots is developed based on POE and subproblems. The effectiveness of this method is shown in an example. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(8): 210–214 [译自: 机械工程学报]     

Equipment ontology for modular reconfigurable assembly systems

Evolvable and Reconfigurable Assembly Systems (RAS) enable enterprises to rapidly respond to changes in today’s increasingly volatile and dynamic global markets. One of the key success factors for the effective use of RAS is methods and tools that can rapidly configure and reconfigure assembly systems driven by changing requirements. The focus of this paper is the development of a suitable equipment model to support the effective design of reconfigurable assembly systems. The work has been motivated by the need to provide solutions for increasing product customisation and volume changes over the product life-cycle that directly impact on the final product assembly. The paper proposes a comprehensive equipment ontology to enable effective decision-making during the design and evaluation of new RAS configurations. The proposed ontology is based on the function-behaviour-structure paradigm, and is formalised to facilitate its application in distributed web-enabled decision-making environments. The equipment configuration and reconfiguration approach and prototype decision-making environment are illustrated using system design examples.     

PowerCube模块化机器人工作空间计算

以PowerCube模块化机器人为对象,采用D-H法建立机器人运动学数学模型.在比较现有的机器人工作空间求解方法的基础上,分别利用解析法和数值法绘制和计算出机器人的工作空间.将2个图形进行对比,结果表明2种方法所得的结果是一致的.     

关节型模块化机器人构型及运动学研究

分析了模块化机器人模块划分与重构的关系,总结了模块的划分原则。对关节型机器人进行了模块化分,建立了含有五种单元模块的模块库,并对其可实现构型进行了拓扑分析。提出了一种新的坐标系建立方法,基于旋量理论和指数积公式推导出了每个单元模块的变换矩阵,得出了适用于关节型机器人构型变化的正运动学方程。最后通过实例验证了拓扑构型分析及运动学算法的正确性。     

基于Solidworks可重组模块化并联机器人CAD系统开发

介绍了在VB集成开发环境下开发基于SolidWorks的可重组模块化模块化并联机器人CAD系统的全过程.利用此系统,用户只要输入基本的构型参数即可快速地实现3至6自由度对称和非对称平面式、立方体角台式、球面式、台体式等多种类型的并联机器人的统一模块化重组.因此不仅实现了多自由度多构型空间并联机器人三维模型参数化设计,更为空间并联机构可重组和型综合提供了一种快速、有效的方法.