机械臂全工作空间域非参数约束位姿误差估算

针对机械臂全工作空间域位姿误差估算,提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换,构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化,实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律,设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中,误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm,姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明,该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。     

空间机械臂在轨插、拔孔操作力/位姿阻抗控制

利用空间机械臂进行在轨组装、维护、燃料加注等已成为必然趋势,而插、拔孔操作是实现上述任务的基础.讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.首先,建立了载体位置、姿态均不受控下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程;由末端部件插头位姿及其输出主动力之间的动态关系以及阻抗控制原理,建立了阻抗控制模型.在此基础...     

一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何法

针对五自由度机械臂自由度不足而导致的基于笛卡尔空间轨迹规划产生的目标末端位姿,可能不存在运动学逆解的情况,提出了一种基于自由度约束的末端位姿描述,并根据该位姿描述得出了一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何方法。该方法基于机械臂模型的几何特性,通过将轨迹规划和运动学逆解2个阶段进行一定程度的结合,确保了轨迹规划得到的目标末端位姿的运动学逆解的存在性。通过仿真实验分析,证明了该方法的可行性与精确性。     

基于天牛须搜索与差分进化的机械臂逆解研究

为简化机械臂逆运动学求解方法与提高解的精度,增强方法的普适性,利用智能优化算法,将运动学逆解变为最优化问题。首先,根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数,结合最佳柔顺性与能耗约束构建适应度函数,使机械臂在满足位姿误差要求时还具有最佳柔顺性与较低能量消耗;为使位置和姿态收敛精度统一并控制进化方向,引入位姿平衡系数与位姿误差调节系数;其次,把个体寻优出色的天牛须搜索与群体优化性能出色的差分进化算法融合,以此提高算法的收敛精度与速度;最后,对6R机械臂与冗余机械臂进行了逆解实验。结果表明,所提算法收敛精度高、速度快、通用性好。     

基于蒙特卡洛法的水力破拆机械臂工作空间分析

以D-H法则建立了各连杆运动学方程,在Robotics Toolbox中仿真了机械臂从初始位姿至水平破拆位姿的过程,验证了D-H参数及运动学方程的正确性,并在MATLAB中以蒙特卡洛法完成了对喷枪工作空间的求解,得到了喷枪的工作空间及横向、纵向、最大作业深度等主要参数,为机械臂的运动控制和轨迹规划提供了理论基础。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

漂浮基柔性空间机械臂基于奇异摄动法的模糊控制和柔性振动主动控制

讨论在载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮柔性空间机械臂载体姿态与关节轨迹跟踪的模糊控制及柔性振动主动控制问题。利用拉格朗日假设模态法并结合系统动量守恒关系,建立柔性空间机械臂系统的动力学方程。以此为基础,使用奇异摄动法和两种时间尺度的假设,将系统分解为轨迹跟踪控制和振动控制可分开设计的奇异摄动系统。对于快变子系统,设计PD控制器来对柔性杆件的振动进行主动抑制;同时,设计解耦的模糊逻辑控制器来保证慢变子系统载体姿态及关节轨迹的跟踪。由于在系统动力学方程的推导中消去柔性空间机械臂载体位置项,该模糊控制器还同时具有不需要测量反馈载体位置、移动速度、移动加速度项的优点。最后的数值仿真结果证实了所设计控制器的有效性。     

漂浮机械臂调整载体姿态的研究

推导了漂浮多体系统动量矩守恒方程及动力学方程。运用机械臂的协调运动实现对载体位姿的调整 ,以及调整载体姿态的铰空间闭曲线方法。文中附有算例     

一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析

针对太空环境,提出一种带有移动副的8自由度机械臂,可完成太空环境中的设备维修、物品抓取等工作.通过标准D-H参数法,推导了8自由度机械臂的位姿变换矩阵和正运动学方程;利用Matlab Robotics工具箱,建立机械臂的仿真模型,将仿真模型与机械臂运动学方程进行对比验证;采用蒙特卡罗法对机械臂工作空间进行求解,绘制了机...     

基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划

以三臂空间机器人为研究对象,针对经历奇异位形时出现的位姿误差问题,提出一种基于位姿误差反馈的轨迹规划算法。根据系统一般运动学方程并结合动量守恒方程建立系统运动学模型,利用位姿期望指令得到误差运动方程。以关节角速度为控制量,设计了基于位姿误差反馈的控制率,使闭环系统的跟踪误差按指数速度收敛。该方法能够减小机器人奇异点邻域内的位姿跟踪误差,且在离开奇异区域后能完全消除误差。仿真结果证明了该方法的有效性。     

漂浮基空间机械臂动力学问题研究进展

空间机械臂的载体处于自由漂浮状态,载体与机械臂之间存在运动学与动力学耦合行为,导致其运动学、动力学分析与控制比地面机械臂复杂得多,而建立精确的动力学模型和高效的控制策略是空间机械臂研究的重点与难点。对空间机械臂动力学建模方法及精细动力学建模进行了详细综述;总结了姿态调整运动规划、非完整路径规划及避奇异位形路径规划等运动规划方法;概述了空间机械臂捕获目标过程的碰撞动力学建模和控制策略研究。在此基础上指出了当前空间机械臂在动力学建模与控制方面存在的问题与不足,并对有待于进一步研究的若干问题进行了展望。     

基于非完整约束的机械手及其运动学的研究

依据现有的非完整理论，提出了一种摩擦圆盘运动分解合成机构，理论分析表明这种运动分解合成机构具有非完整约束性。并以此作为关节模型，组成了开链多关节机械手臂。运动学分析结果表明这种多关节机械手臂具有可控性，并可通过链式变换转化为一个简单的非完整系统，这为深入研究这种多关节机械手臂的运动控制奠定了基础。     

一种四关节可控欠驱动机械手动力学模型的研究

本文所述机械手是一种典型的可控欠驱动机械系统.基于此四关节机械手的运动学方程,结合拉格朗日功能平衡法及非完整系统的恰普雷金(Чаплыгин)方程,建立出四关节欠驱动机械手的动力学模型,结果符合一般非完整机械系统动办学结构模型,为进一步研究非完整欠驱动系统的机械特性奠定了基础.     

非完整开链机械手臂的设计及运动学分析

依据现有的非完整理论和非线性控制原理,提出了一种新型的单输入双输出非完整传动机构,并将其应用于开链多关节机械手臂上,同时利用非完整系统的特殊属性仅用2个电动机来控制多个关节。运动学分析结果表明,这种多关节机械手臂结构简单,重量轻,易于控制。这种设计为研究开发轻型机器人和多指机械手等方面提供了新的思路。     

7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真

针对传统机械臂负载自重比小、臂身惯量大、人机交互安全性弱等问题,对绳驱动机械臂的结构、绳驱关节耦合、冗余运动学等方面进行了研究,创新设计了一种新型7自由度冗余绳驱动机械臂。采用绳索间接驱动前端4个关节自由度,作为位置控制;采用电机直接驱动腕部关节3个自由度,作为姿态控制。利用绳索将驱动力从基座电机传递至机械臂关节处,实现驱动机构后置;对绳驱关节耦合问题进行分析,建立了电机-关节耦合映射关系;利用位姿分离方式,结合加权最小范数法,进行机械臂逆运动学冗余位置求解。仿真结果表明:耦合映射关系建立正确,冗余运动学求解准确高效,为绳驱机械臂结构优化、动力学建模奠定了基础。     

一种全方位移动机械手的可操作度分析

将机械手可操作度的概念推广到移动机械手，定义了广义可操作度。建立了基于全方位移动平台的移动机械手的广义运动学模型。在广义可操作度概念的基础上，分析了全方位移动平台对机械手奇异位姿、可操作度及方向可操作度的影响，并与受非完整约束的差分移动平台对机械手的相应影响进行了比较。     

五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型

泄漏对堵移动机械臂由移动平台和安装在平台上的机械臂组成,建立移动机械臂的运动学模型是设计泄漏封堵移动机械臂的理论基础.根据槽罐泄漏机械臂必须完成的动作,建立了五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型,利用逆运动学的求解,进行了该模型的Matlab仿真,结果表明该运动学模型是可行的.     

基于虚拟样机技术的并联机器人机构运动仿真

以先进制造中的机器人工作平台为应用背景,研究一种具有四个自由度的新型并联机器人机构。对这种机构的结构作了简要介绍,运用虚拟样机技术,在SolidWorks软件平台上构建该并联机器人机构模型。按照机构的结构几何尺寸,利用SolidWorks创建零件并进行虚拟样机装配,直接在运动仿真模块COSMOSMotion中,通过设定原动件运动参数进行运动仿真,并对仿真结果进行分析。分析结果证明完全可以运用SolidWorks软件完成并联机构的虚拟样机三维实体建模和运动特性分析,为并联机构的实际样机的试制奠定了基础。     

Comparative study of tracking control for a mobile manipulator: Nonholonomic and dynamic cases

This paper gives an in-depth treatment of the modeling and control of a mobile manipulator which consists of a robotic manipulator mounted upon a mobile robot. By neglecting slip of the platform's tires, nonholonomic constraints are introduced into the equations of motion. By considering wheel slip, the assumption of nonholonomic motion is violated. Nonholonomic and dynamic models of a mobile manipulator are developed and compared using the Lagrange-d'Alembert formulation and the Newton-Euler method, respectively. The dynamic model which considers wheel slip incorporates a nonlinear tire friction model. The tracking problem is investigated by using imput-output linearization for the nonholonomic model. For the dynamic model, a robust control method based on a matching condition is developed to eliminate the harmful effects of wheel slip, which acts as a disturbance to the system. Then, the effect of wheel slip on the tracking of commanded motion is identified via simulation. The effectiveness of the proposed control algorithm is demonstrated through computer simulation.     

A new sheet metal forming system based on the incremental punching, part 1: modeling and simulation

In heavy forging, a manipulator is indispensable to assist and help the precision of the forming process. This paper presents a multi-system simulation methodology combining the forging finite element method (FEM) simulation and the kinematics analysis to evaluate the mutual reaction loads between the forging process and the assisting manipulator. The forging is realized by the thermal–mechanical FEM simulation and the kinematics movements are analyzed based on the statics and dynamics modeling of the manipulator. The reaction load generating from the forging process to the manipulator clamps is treated as an input parameter for the kinematics analysis system, which will then calculate the movement of the manipulator. And this movement is regarded as the passive compliant movement constraint and applied on the forging process through the manipulator clamps. Using this coupled system, the study compares the reaction loads with and without the active vertical compliant movement and/or the passive horizontal compliant movement and reveals the effect of these compliant movements on the reaction loads.