基于活动标架法的2自由度机器人轨迹规划

将2自由度机器人的轨迹弧长指标视为黎曼度量,在黎曼空间内进行了机器人的轨迹规划.基于微分几何的活动标架法,求出了具有此种黎曼度量的黎曼曲面上的测地线作为机器人的最佳轨迹,并进行了计算机数值计算.该方法同样适用于其他不同指标下的机器人轨迹规划.     

基于测地线PowerCube模块化机器人轨迹规划的仿真研究

利用现代微分几何中测地线的几何性质,进行两点之间路径最短(直线)的轨迹规划,并将其应用到3自由度机器人的最优轨迹规划中.根据优化目标构造相应的黎曼度量,将测地线方程转化成标准的状态方程形式,确定测地线起始点处的初始方向,根据初始条件求解方程组,得出其转角和角速度,结果证明了这种方法的可行性.     

基于高斯混合模型的机器人曲面打磨路径规划

针对自由曲面上不规则区域的机器人打磨路径规划问题，提出一种基于高斯混合模型(GMM)的自适应路径规划方法。首先借助测地线的数值求解实现多边形网格上的指数映射与对数映射，然后基于黎曼流形上的GMM实现曲面上不规则区域的统计建模，并基于平行样式完成对不规则区域的打磨路径规划。所提方法简练描述了曲面上不规则区域的分布情况，并高效实现了局部覆盖路径规划。最后使用工业机器人在NURBS曲面工件的实验平台上进行实验，实验结果验证了该算法的可行性和有效性。     

基于黎曼二阶最小化的投影图像配准算法

根据嘉当分解定理得到非紧致李群SL(3,R)上的最短测地线方程,从而得到黎曼指数映射,在内蕴几何优化算法框架下,提出了一种基于黎曼流形二阶最小化的投影图像配准算法。由于考虑了投影变换参数的几何结构,所以与基于向量空间的高斯-牛顿配准算法相比,这种配准算法的综合性能有较大的提高;由于利用图像配准的具体特点,避免了赫森矩阵的烦琐计算,同时参数寻优沿测地线方向,所以与基于李群上的高斯-牛顿算法相比,这种配准算法对目标投影变形也有更好的适应性。从理论和实验两个层面综合分析了所提算法的有效性和优越性。     

面向STL模型的几何自适应曲面网格生成

采用保特征的模型分解方法将STL模型分割为多个子域,并为每个子域构建参考平面,将一类基于映射思想的前沿推进曲面网格生成算法应用于子域网格生成.在子域上构建G1连续的三角Bemstein-Bézier曲面,利用曲面的方向导矢计算子域的黎曼度量,在黎曼空间生成参数平面网格,以消除映射畸变.考虑曲面曲率和邻近特征计算边界采样点尺寸,利用采样点的Delaunay三角化为背景网格建立几何自适应尺寸场,通过尺寸场光滑化确保不同尺寸网格之间的合理过渡.数值试验表明,算法能针对复杂的STL模型生成高质量的自适应网格.     

基于近似测地线的分层次自动铺带轨迹规划方法

自动铺带技术是一种增量制造技术,适用于制造翼面、壁板等大尺寸、小曲率复合材料构件,具有加工成本低、效率高等特点。轨迹规划是自动铺带技术的关键环节,它直接关系到复合材料构件的成型精度与质量。现有的自动铺带轨迹规划方法难以便捷兼顾调控铺放间隙与防止铺放褶皱,保证铺带产品的最终质量。有鉴于此,提出了一种基于近似测地线的分层次铺放轨迹规划方法。主要目标是合理利用预浸带允许变形能力,在防止铺放褶皱产生的前提下,保证相邻带料不产生覆盖,且间隙不超过2.5 mm。首先,研究了铺放间隙的产生与演化规律,给出了几种典型曲面上初始铺放间隙的优化方法。接下来,提出了近似测地线的数学模型与求解格式。然后,基于铺放褶皱的产生机制与铺放间隙的演化规律,确定了近似测地线的测地曲率大小与符号。最后,在双曲面模具以及自由曲面模具上验证了所提出方法的有效性。     

基于力觉伺服轨迹规划的磨抛工业机器人曲面跟踪控制研究

为进一步提升工业机器人磨抛自由曲面时的轨迹跟踪控制技术,设计一种自由曲面磨抛轨迹自动生成方法。生成工件的STL模型,利用Bezier三角曲面拟合方法得到工件的拟合曲面,基于螺旋式磨抛轨迹实现自由曲面轨迹规划;利用等参数法和轨迹偏置的方法生成全部的轨迹,根据曲线路径曲率的变化,自适应调节控制点的间距,避免了曲线偏置时的干涉问题;在工业机器人腕处安装6D力传感器,利用力/位置混合控制方法对工业机器人进行运动轨迹跟踪控制。通过实验平台测试,验证该方法能够有效地进行曲面跟踪控制。     

面向大曲率曲面的喷涂机器人喷枪轨迹规划研究

为提高机器人喷涂大曲率曲面的效果,首先基于曲面特性建立大曲率曲面数学表达模型,对其进行分片造型,并生成面片喷枪轨迹,最后建立优化目标函数实现轨迹优化;为了解决大曲率曲面分片后面片间的轨迹组合问题,降低算法中参数的使用,消除相应的除梯度信息,运用粒子群优化算法的思想,制定了算法程序技术路线,并依此编写了优化喷枪轨迹的算法程序。实验证明了该算法的高效性和适用性,达到了提高大曲率曲面喷涂效果的目的。     

圆环曲面纤维缠绕线型的设计与仿真

提出了一种圆环曲面纤维缠绕线型的设计方法.采用了双丝嘴测地线的纤维缠绕设计方法进行纤维缠绕,基于微分几何曲面理论建立了圆环曲面的测地线方程,采用了龙贝格(Romberg)算法求解,实现了圆环曲面纤维缠绕的系统仿真.仿真结果表明,该纤维缠绕线型设计方案精确可靠,满足纤维缠绕的基本要求,具有重要的实际生产应用价值,并为圆环曲面缠绕的应用奠定了理论基础.     

面向球面的喷涂机器人经线喷涂轨迹优化

针对复杂自由曲面喷涂轨迹优化中出现的球面喷涂轨迹优化问题,根据喷涂实验得到了涂层生长速率模型,基于曲面上用测地线规划喷枪轨迹的优点,采用球面上的经线规划球面的喷枪轨迹,基于经线规划喷枪轨迹的特点,我们运用改变喷枪喷射高度的方法来保证涂层的均匀性,根据许用喷射高度范围,运用bounding-box法对球面进行分片规划处理,并给出了喷枪轨迹的生成方法,重点讨论了每片上的涂层厚度计算方法和相关参数的优化问题,最后通过仿真实验证明该方法可有效地保证涂层的均匀性,并给出了喷枪速率与轨迹间距及喷炬半径的关系.     

2TPT-PTT并联机器人可操作度的研究

介绍了一种新型的2TPT-PTT三自由度并联机器人。建立了运动学方程,求出了其正逆解。给出了雅可比矩阵,通过机构可操作度的分析,对机器人的操作性能进行了研究。研究结果表明:该机构运动学正逆解简单、不存在奇异点、具有良好的操作性能。     

2TPT-PTT并联机器人工作空间的研究

提出了一种新型的2TPT-PTT三自由度并联机器人。对机器人工作空间边界面进行了研究,仿真出其工作空间。研究结果表明:该机构工作空间大,且不存在空洞,为并联机器人的机构设计提供了一定的理论基础。     

环路螺旋理论在并联机器人机构分析中的运用

3T1R新型并联机器人采用了环路支链这种特殊的结构设计,因此采用常规的几何学分析具有其局限性和复杂性。本文采用了环路螺旋理论对其支链结构进行分析和总结,从而提出设计环路支链的新的方法,并在此基础上设计出具有环路支链的3R1T并联机器人,为具有环路支链并联机器人的设计提供了一条新的研究途径。     

一种新型并联机器人机构的运动分析及完全各向同性设计

提出了一种新型二移动一转动的三自由度空间并联机器人机构,分析了其位置和速度的正逆解析解,讨论了机构的奇异性。由于该机构的雅可比矩阵为3×3阶对角阵,因此该机构为无耦合并联机构。根据机构雅克比矩阵条件数恒等于1的条件,对机构的各向同性进行设计,得到了具有完全各向同性特性的机构结构尺寸条件。     

基于多Agent可重构机器人控制方法的研究

根据多Agent理论中的协商，合作机制和可重构机器人结构的分布性，将集中式的机器人控制分配到一组关节Agent中，每个Agent控制机器人的一个关节，使用这种分布式方法，得到了一种新的通用机器人控制方法，即将关节机器人的复杂控制转换为多个简单子系统的控制，该方法可应用于具有不同构型的机器人系统，特别适用于可重构模块化机器人的控制，利用微分运动理论提出了一种新的决策方法，便于Agent之间的合作与协商，仿真实验结果表明该方法是一种可行的机器人控制方法。     

机器人动力学的李群表示及其应用

采用李群和李代数的方法来描述牛顿一欧拉方程和拉格朗日方程，得到机器人动力学在关节空间和操作空间内单个连杆的递推公式以及整个系统动力学方程的矩阵表达式。分析了机器人动力学的几何特性，并进一步研究了动力学方程的微分形式及其对机器人的设计和最优控制所起的作用。以平面2R为例，分别得到2R机械手在关节空间和操作空间中的动力学方程，推导出机器人在关节空间中动力学的微分形式，分析了机械手的奇异性和复杂性。     

基于活动标架法的二自由度机器人操作性能分析

用活动标架法研究了二自由度机器人机构的运动学 ,得出了机器人机构的一些不变量 ,并根据它们定义了机器人的平移体积、旋转体积、可操作性指标和灵活度 ,用这些指标评价机器人的操作性能。并由此得出了机器人产生奇异的条件 ,研究了工作空间曲面和奇异曲面的几何性质 ,计算了它们的法曲率和高斯曲率     

A 2-dof gravity compensator with bevel gears

This paper presents a 2-dof gravity compensator used for roll-pitch rotations, which are often applied to the shoulder joint of a service or humanoid robot. The 2-dof gravity compensator is comprised of two 1-dof gravity compensators and a bevel differential. The rollpitch rotations are decoupled into two rotations on the moving link by the bevel differential; the two 1-dof gravity compensators are applied to the two rotations. The spring coefficients are determined through energy and torque analyses in order to achieve complete static balancing. The experiment results indicate that the proposed gravity compensator effectively counterbalances the gravitational torques and can also be operated in the hemispherical work space.     

A Newton-Euler formulation for the inverse dynamics of the Stewart platform manipulator

This paper presents an inverse dynamic formulation by the Newton–Euler approach for the Stewart platform manipulator of the most general architecture and models all the dynamic and gravity effects as well as the viscous friction at the joints. It is shown that a proper elimination procedure results in a remarkably economical and fast algorithm for the solution of actuator forces, which makes the method quite suitable for on-line control purposes. In addition, the parallelism inherent in the manipulator and in the modelling makes the algorithm quite efficient in a parallel computing environment, where it can be made as fast as the corresponding formulation for the 6-dof serial manipulator. The formulation has been implemented in a program and has been used for a few trajectories planned for a test manipulator. Results of simulation presented in the paper reveal the nature of the variation of actuator forces in the Stewart platform and justify the dynamic modelling for control.     

基于三组测量绳结构的软体机械臂运动检测

针对气动软体机械臂运动形状检测问题,设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法,构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型,基于机械臂柔性材料的特点,在建模过程中引入刚度法,使检测模型能准确反映从机械臂驱动气压到形状变化以及运动学参数的映射关系。提出了一种可模块化组装的气动软体机械臂,用于验证检测装置与模型的精度,所提出的机械臂在构型上由硅胶基体、运动气囊和连接板组成,能实现机械臂的模块化组装。通过对所构建的运动检测模型进行推导与仿真,得到了模型的相对误差。最后,通过试验验证了运动检测建模的精度和机械臂驱动、构型以及运动的特征。研究结果表明：相比于传统的视觉追踪方法,所设计的基于三组测量绳结构的检测装置能实现对软体机械臂运动形状的高精度检测。