排爆机械臂的运动学数值模拟研究

为了使排爆机械臂能够柔性地、高效地处理爆炸物,需对其进行运动学数值仿真。针对所设计的排爆机械臂的机械结构,运用D-H方法建立了相应的运动学模型。通过矩阵逆乘的方法分离变量,求得了运动学正解和逆解。利用MATLAB机器人工具箱编程并建立ADAMS虚拟样机,对机械臂的末端位移、速度和加速度做了运动学仿真。数值仿真结果验证了机构设计的合理性和正确性。     

面向3D打印的排爆机械臂栅格优化

文中以排爆机器人机械臂为研究对象,设计了一种面向3D打印的排爆机械臂。通过SolidWorks建立机械臂三维模型,采用ANSYS Workbench对原始大臂进行静力学分析,再根据分析结果对机械臂大臂进行拓扑优化。在满足大臂工作要求的前提下,采用Altair Inspire为拓扑优化大臂分别填充3种不同直径的栅格结构。通过Inspire对优化后的大臂进行静力学分析,与原始大臂相比,优化后的机械臂不仅满足工作要求,且自身质量减小,提升了机械臂的承载能力与末端执行器精度,增强了排爆工作的安全性。采用3D打印技术制造的机械臂,解决了优化大臂模型复杂、加工困难的问题,提高了设计制造的效率。     

排爆机器人机械臂控制系统设计

针对远程控制排爆机器人机械臂能否精确定位并完成排爆任务的问题,将运动学、动力学分析方法与分布式控制理论应用到机械臂控制系统设计中,对机械臂的运动特征与实用控制原理进行分析研究,对机械臂控制系统的硬件、软件分别进行了具体设计,确定了总体结构与主要部件参数,硬件上采用以LPC2378为核心的主控制器、LPC2368为核心的协处理器架构的控制系统,软件上采用CAN 2.0B总线技术完成主控制器与协处理器间通讯,提出了一种基于模块化设计与多传感器信息融合的机械臂控制系统,并在多种条件下进行仿真测试。研究结果表明,该排爆机器人机械臂各项技术指标基本达到设计要求,能够较好地实现远程视频定位控制、拆除剪断引爆器和搬运爆炸物,具备一定的反恐排爆能力。     

排爆机械臂虚拟样机运动控制的仿真研究

国内外反恐形势日趋严峻,各国积极推进排爆机器人开发。针对排爆机器人机械臂的轨迹跟踪问题,展开控制模型仿真研究,使用MATLAB和ADAMS软件实现机械臂的虚拟样机建模、控制系统设计与系统仿真,将常规PID与模糊PID分别应用于联合仿真系统的设计。阶跃响应曲线显示,相对于常规PID,模糊PID减少了25.2%的超调量;正弦轨迹跟踪曲线显示,相对于常规PID,模糊PID减少了13.8%的超调量,响应时间缩短了22.8%。仿真研究显示,模糊PID模型拥有更快的响应速度及更优的轨迹跟踪质量,更适合作为排爆机械臂的控制方式。     

用于冗余度机械臂避障神经网络控制器

目前,对机械臂避障控制器研究方法有多种,经分析现有的PD控制器追踪误差较大,效果较差.对此,提出了神经网络控制器并对其运动过程中避障追踪误差进行仿真验证.构建了机械臂转动关节避障的动力学模型,在延伸的笛卡尔空间中定义了未知函数.使用多层感知器神经网络逼近方法,分析了神经元自适应控制器系统的闭环稳定性,对系统的闭环稳定性进行了证明,得到了神经参数的自适应法则.结合具体实例,将机械臂避障神经网络控制器进行仿真,结果表明,机械臂末端执行器在移动障碍物的环境下具有优良的轨迹追踪效果.     

空间7R冗余度机械臂运动灵活性的研究

分别用条件数和可操作度两个灵活度指标对空间7R冗余度机械臂进行了运动规划,分析了基于不同指标的末端轨迹的异同.研究结果表明:就末端轨迹而言,初始点最优是一种有效的规划方法;条件数的优化能力要强于可操作度;当规划进入优化解域时,指标函数逐点最优曲线的波动会使机械臂末端产生突跳现象.     

液压机械臂连杆有限元分析

有限元分析技术在机械零、部件设计过程中发挥着越来越重要的作用,它不仅缩短了设计周期,而且也大大提高了设计精度.连杆是机械臂中重要零件,也是易发生故障的零件,目前对它的设计、分析已广泛地采用有限元法.本文针对液压机械臂连杆的结构特点,应用有限元法对液压机械臂连杆进行静力分析和模态分析,研究连杆在不同情况下的应力、应变状态、振型及其危险截面部位,为连杆的设计和改进提供可靠的依据.     

连杆传动结构的迎宾机械臂的设计及优化

基于连杆传动结构,提出了一种新型4自由度（包含1个手指自由度）的“无肘”关节迎宾机械臂。首先介绍了该机械臂的机械结构及特点,然后利用Pro／E和ADAMS联合仿真对连杆传动结构的16种构型进行动力学仿真分析,得出驱动力矩最小的构型达到优化机械臂动力学性能的目的。     

基于人工约束的排爆机械臂平面联动策略研究

提出了基于人工约束并采用末端走直线和构型调整相结合的平面联动策略，有效地解决了四臂杆机械臂平面联动时的自由度冗余问题。经软件测试和试验样机的现场测试，结果令人满意。     

面向板材切割的冗余度机械臂运动规划

针对板材切割过程中冗余度机械臂的工作空间难以满足其作业需求的问题,提出一种可扩大机械臂工作空间的板材切割方案.将机械臂基座放置在导轨上,以扩大机械臂的工作空间,通过设计机械臂的末端笛卡尔速度,实现机械臂与移动基座的协调运动.利用伪逆法获得关节速度的解析解,以控制机械臂来完成板材切割任务.计算机仿真结果验证了板材切割方案的有效性和可行性.     

冗余度机械臂位移级的容错轨迹规划

对冗余度机械臂的容错问题进行了研究 ,提出一种位移级上的容错轨迹规划算法 ,并将其与梯度投影法进行了仿真分析与比较。研究结果表明 ,新方法可以使机械臂更为有效地实现容错操作     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

三连杆机械臂三维空间运动学分析

机械臂的运动学分析是分析机械臂的运动及其控制器设计的一个重要环节。在三维空间中建立了三连杆机械臂模型,并对模型做了运动学分析,用拉格朗日方程对三连杆机械臂末端位移、速度和加速度做了理论分析;同时运用仿真软件Adams对三维中的三连杆机械臂的末端位移、速度和加速度做了运动学仿真,来验证理论分析的正确性。用仿真与理论分析相结合来分析实际情况中机械臂末端位姿以及运动情况,为实际情况下机械臂的运动情况提供了理论基础,为设计机械臂的运动控制提供了理论依据。     

冗余度机械臂全局容错运动规划新算法

针对冗余度机械臂发生锁死故障提出一种新的算法 ,在一维寻优结果的基础上 ,快速准确地寻找到二维平面的最优位置 ;同时对三种不同意义的起始位置故障时刻的性能进行了比较。最后用平面 3R冗余度机械臂进行了计算仿真。     

空间4R冗余度机械臂容错空间分析

针对空间4R冗余度机械臂活动关节工作空间进行了定量研究,并且对其容错空间做了进一步探讨。首先推导出空间4R冗余度机械臂不同关节锁定时工作空间的解析表达式,并且根据表达式对工作空间进行了三维造型;然后,进一步分析了机械臂的D-H参数对工作空间的影响;最后,给出3 sigm a型机械臂容错空间的计算方法及三维造型,分析了其容错空间的影响因素。研究结果表明:当机械臂结构参数一定时,一个活动关节(关节2)在一定范围内锁定,工作空间不变,并且此锁定范围与结构参数一一对应;机械臂的臂长之和一定时,各机械臂长度越接近,机械臂的工作空间越大;机械臂关节2偏置的存在使机械臂工作空间不会出现薄壳,另一活动活动关节(关节3)的偏置的存在也可以增大工作空间;关节工作空间增大,容错空间也会相应增大。     

含约束的能耗最优冗余度机械臂轨迹规划

针对如何降低冗余度或超冗余度机械臂轨迹优化复杂度的问题,提出了一种含约束的能耗最优机械臂轨迹规划方法。基于拉格朗日动力学对冗余度机械臂进行动力学建模,并利用均匀5次B样条函数来构建运动轨迹。为了提高轨迹优化的计算效率,通过在成本函数计算中处理运动学和动力学约束,设计了新的惩罚算法,以避免在所有约束都不满足的情况下运行逆动力学模型;在运行逆动力学模型进行轨迹优化之前,引入了一种新的虚拟连杆概念来替换所有冗余连杆,以消除物理上不可能的配置;同时在3自由度冗余度机械臂上对所提方法进行了实验验证。结果表明,仿真和实测获得了相同的预期最优轨迹跟踪性能,且轨迹优化后的能耗显著降低了约56.32%,验证了所提轨迹规划优化方法的有效性。     

双连杆机械臂的参考模型自适应控制

双连杆机械臂是一种典型的非线性系统。本文运用经典的拉格朗日方程得到了该系统的状态方程式．在对方程线性化的过程中,设计了一个具有可调参数的控制器保证了系统的稳定性．利用基于李亚普诺夫稳定性的参考模型自适应的方法完成了仿真。     

双连杆柔性机械臂系统固有频率的实验研究

本文应用进口大型仪器设备，测试双连杆柔性机械臂传递函数的幅频特性曲线及相干函数曲线，从而识别系统的动态参数－固有频率，为进一步改进双连杆柔性机枪薜遥动态２特性提供依据。     

冗余度机械臂零初始关节速度的运动规划方案研究

对一种基于伪逆的冗余度机械臂的运动规划方案进行研究。首先,根据机械臂结构和末端运动规划问题,建立速度层的运动学伪逆算法求解模型。其次,通过在关节速度上加约束,可实现关节速度从零开始平滑变化,并能快速趋近其最小范数解。再次,利用了位置误差补偿方法改善了运动学方程,有效消除或减小机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差,保证轨迹跟踪的精度。最后,利用MATLAB软件对平面四连杆机械臂跟踪圆形和螺旋线曲线轨迹进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案具有指数收敛性质,运动误差能达到较高的精度等级。     

冗余度机械臂协调容错操作中的关节速度突变

针对两协调机械臂在发生锁定关节故障的容错操作中关节速度突变问题进行了研究。首先将原机械臂关节速度与退化机械臂关节速度之差定义为容错操作中的关节速度突变;然后基于这一指标提出了相应的容错运动规划算法;最后给出了两个平面3R机械臂进行容错操作的仿真实例。研究结果表明,该算法可以有效地避免在容错协调操作中两机械臂出现的关节速度突变,提高容错操作的运动平稳性,从而改善机械臂容错操作的运动学和动力学性能。