一类六自由度串联机器人路径规划与模型仿真

以一类工业型六自由度串联机器人为研究对象,在关节空间和笛卡尔坐标空间对机器人末端执行器运动轨迹在建立机器人模型的基础上进行直线和圆弧两种路径规划[1]。在规划好的路径基础上引入插值点的位姿,将多个插值目标点在直角坐标系下的位置和姿态转化为关节坐标系下的坐标值[2]。在mATLAB中进行机器人模型仿真,验证机器人模型的正确性,使机器人按照预期规划好的轨迹完成作业任务。     

基于四元数的手术机器人圆弧轨迹规划

为提高七自由度手术机器人末端执行器空间圆弧作业任务的位姿轨迹精度,系统提出采用四元数代替原有的齐次坐标矩阵描述末端执行器的位置和姿态,并采用梯形速度规划生成平滑连续的位姿轨迹,实现等夹角姿态均匀渐变。以在研究的颅颌面七自由度冗余手术机器人为原型,通过三次B样条曲线对反解后的关节轨迹进行插值处理,生成各关节速度、加速度连续平滑的轨迹规划曲线。仿真结果表明,算法符合手术机器人的插补精度和连续性要求,具有实际推广价值。     

6R机器人轨迹规划及仿真

在工业机器人的研究和设计过程中,轨迹规划的有关理论与应用一直是研究人员关注的重点.根据末端执行器所要完成的轨迹特点,分析了笛卡儿坐标空间和关节坐标空间轨迹规划的特点,基于Pro/E和MATLAB对6R机器人运动学进行了仿真.     

6R机器人正运动学分析方法研究

6R机器人正运动学分析是指给定各关节的关节空间变量值,求解末端执行器在工作空间的位置和姿态。利用6R弧焊专用机器人的机械本体结构,在D-H坐标系和旋量理论坐标系下建立了末端执行器的运动学方程,利用MATLAB软件求解位姿矩阵;在虚拟样机软件中建立了机器人运动学模型,进行运动学仿真得到末端执行器不同状态下的位移曲线。并将三种方法所得末端执行器的位姿进行了比较,验证了这三种方法的正确性。研究结果为后续的动力学分析、轨迹规划奠定了基础。     

关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法

六轴机械臂在空间运动时,极易因速度和加速度突变导致运动轨迹出现随机波动,无法做连续性的运动。基于此,提出一种关节速度约束下机械臂空间运动轨迹规划方法。从运动学正解和逆解2个方面对机械臂建模,利用上关节D-H法分析同一位姿下,基座与末端执行器间的总变换过程。将不同的关节转角组合,辅助后续最优轨迹规划。利用三次和五次多项式插值构建末端执行器的插值函数,以执行器在不同坐标下关节角度为参考变量,求得角度、角速度和角加速度的值,完成运动轨迹规划。仿真实验表明,所提方法的运动轨迹可保证机器人平稳运行,连续性得到提高,从起始点至终止点整个过程中都没有出现明显震动情况。     

基于优化ADRC的单臂机器人轨迹跟踪研究

针对机器人在不确定环境下受到内外界挠动的影响,末端执行器不能跟踪已规划的轨迹运行,以Kinova MICO2机器人为例,研究轨迹自抗挠跟踪模型。建立了机器人关节空间运动模型,根据挠动特点构造了二阶ADRC框架模型,解决了末端执行器偏离规划轨迹的问题。分析了机器人ADRC参数对轨迹跟踪的意义,为了确保系统跟踪的动态稳定性,建立GA-RBF网络优化了原始ADRC。最后分析轨迹跟踪前后的离散点绝对误差,验证机器人轨迹跟踪的可靠性。实验结果表明,GA-RBF优化的ADRC使得机器人实际轨迹能较好收敛于理想的规划轨迹,为工业应用中对轨迹要求较高的任务提供算法参考。     

一种主被动式辅助腹腔镜手术机器人的运动学分析

从临床应用的角度出发,提出了一种6自由度的主被动式辅助腹腔镜手术机器人.3个主动关节由步进电机驱动.实现机器人末端空间位置的变换,被动姿态关节无驱动安装在小臂末端,在机器人主动关节的带动下实现随动运动,用于手术中腹腔镜姿态的调整,被动姿态关节的设计使机器人更加符合实际手术的要求.建立了腹腔镜的位姿模型并求出了腹腔镜实现锥形位置空间和腹腔镜轴向位移的位姿逆解,运用MATLAB对机器人进行了运动学仿真研究,仿真结果表明,机器人能够很好地完成腹腔镜位姿调整及保持的任务.     

两种坐标空间中Delta机器人轨迹规划仿真

针对Delta并联机器人的抓取-放置操作任务,采用修正梯形轨迹规划模式,分别在直角坐标空间和关节坐标空间中进行轨迹规划,然后利用ADAMS进行仿真,分析两种轨迹规划中主动臂和末端执行器的运动轨迹随时间变化情况,以确定出较合适的一种规划方式。仿真结果表明:两种方式中机器人主动臂和末端执行器的运动轨迹随时间变化连续,机器人运行平稳,动力特性较好。但关节空间轨迹规划算法简单,易于实现,所以更适合于抓取-放置操作任务。     

IRS-300六轴机器人运动学建模与参数仿真分析

为了研究机器人正逆运动学的差异性和各关节在运动过程中的变化情况,对IRS-300六自由度关节式机器人运用经典D-H法进行运动学分析,得出正逆运动学解析式,借助MATLAB软件进行仿真计算,通过计算结果证明该差异的存在.结合机器人三维仿真模型,按照末端执行器位姿要求对机器人进行仿真,得出该机器人的路径信息和各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线.结果表明:该机器人结构参数可以高效地表达期望位姿,对机器人轨迹规划具有实际指导意义.     

基于MATLAB的6R关节型机器人运动学仿真研究

以6自由度的PUMA560机器人为实例,介绍了机器人运动学分析的D-H参数法,利用Robotics Toolbox工具箱对PUMA560机器人进行了建模仿真,编写了运动分析和轨迹规划问题的详细程序,实现了对机器人末端执行器中心的位姿控制及轨迹规划。     

双机械手协同运动模型及其工作空间分析

基于双机械手建立协同运动学模型,分析其最佳协调工作空间。首先,采用D-H变换矩阵法建立双机械手运动学模型,揭示机械手末端执行器在不同运动形态下笛卡尔坐标空间位姿与机械手各关节变量之间的转换关系;其次,利用MATLAB中Robotics Toolbox建立双RCX340机械手三维仿真模型,验证运动学模型的可靠性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对双机械手的工作空间进行了分析,得到双机械手末端执行器的最佳协调工作空间,为双机械手协调轨迹规划提供了理论依据。     

一种新型板材安装机器人的空间直线轨迹规划

针对自主研发的建筑板材安装机器人进行了空间直线轨迹规划的研究。对该机器人进行了运动学分析,并在关节空间中运用模拟CP控制方法配合五次多项式插值进行轨迹规划,从而保证了在运动控制中各关节运动的实时同步性和速度连续性。借助Matlab机器人工具箱和Labview编程软件进行了仿真与实验,完成了对机器人末端空间直线轨迹规划的任务。     

手术机器人高阶多项式插值的轨迹规划

为保证运动的平稳性,要求手术机器人关节空间的位移、速度光滑连续,为此提出了基于高阶多项式插值的轨迹规划方法。根据手术要求,在机器人末端的笛卡尔空间中规划出轨迹。选取轨迹上若干个路径点,运用运动学逆解求出关节空间中的若干个型值点。通过对相邻型值点进行高阶多项式插值,得到关节空间连续光滑的位移函数;对位移函数求导可以得到各关节连续光滑的速度函数。利用MATLAB进行仿真,得出每个关节的连续光滑的角度、速度曲线,精度很高。表明该方法完全可行,能够满足机器人平稳性的要求。     

新型一平移一转动并联机构的精度分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,改进了一种能实现空间一维移动和一维转动的二自由度并联机构。采用传递矩阵法研究了推拿机器人末端位姿误差。基于机器人末端执行器位置反解结果,通过全微分误差分析理论,建立误差模型,进行求解计算,构造了机器人末端执行器并联机构输出位姿误差与各误差源之间的对应关系。为将该并联机构用作中医推拿机器人的末端执行器,有效完成多种推拿动作提供重要保障。     

危险弹药机器人机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立危险弹药机器人机械手运动学模型;采用蒙特卡罗方法求解机械手末端执行器的位置向量集合;在Matlab环境下,用点云图描绘出机械手工作空间。运用Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,仿真出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证参数设计的合理性,也为进一步研究机器人的动力学、轨迹规划打基础。     

6R机器人工具端的运动学建模及仿真

工业机器人实现加工作业时,工具端沿加工轨迹运动,且要满足加工的位姿要求。为了控制机器人末端工具工作点相对于工件的轨迹和位姿,建立面向工具坐标系的机器人运动学模型对机器人离线编程有重要意义。通过将工具坐标系与机器人连杆坐标系分离,研究针对工具坐标系的机器人运动学正、逆解。提出一种余弦定理结合圆心角定律的机器人空间三点圆弧轨迹规划方法,通过调用OpenGL图形库,进行机器人空间圆弧轨迹运动仿真,验证了算法的正确性,为本研究条件下机器人离线编程打下理论基础。     

基于UKF的机器人末端执行器位姿实时估算方法

为了能在工业机器人运动过程中快速准确地估算出末端执行器的位姿,提出了一种基于unscented卡尔曼滤波器（UKF）的末端执行器位姿实时估算方法,并将该方法应用于以激光跟踪仪作为反馈系统的工业机器人中。首先,在工业机器人运动过程中实时获取各个关节运动参数,并结合工业机器人的结构参数计算末端执行器的位姿初值,然后借助于激光跟踪仪实时跟踪测量固定在机器人末端执行器上的一个测量点,运用UKF融合以上两类数据,估算出末端执行器的实时位姿。计算机仿真验证了该方法的有效性与实时性,同时表明该方法具有易于实现、计算速度快和精度高等优点。     

一种机器人球腕的静态误差分析方法

许多机器人的共同特点是在操作臂末端安装了球腕。如果球腕的结构参数误差与各关节的运动变量误差比较大，则应用现有的方法求取末端执行器的位姿误差会产生较大的偏差。以机器人末端的球腕为研究对象，提出了一种用相对位姿误差表示球腕的静态误差分析方法。应用这种方法可以得出球腕末端执行器位姿误差的精确解，并对球腕的质量进行评价。     

基于遗传算法的机器人高精度运动复现方法

为了实现机器人高精度运动轨迹的复现,需要把双目视觉采集到的离散的采样数据作为示教数据,由于机器人数学模型的实际参数与其名义值存在偏差,导致由视觉测量获得的机器人末端位姿逆解得到的关节变量直接复现时与原目标轨迹有一定的偏差。文中采用遗传算法对数据进行处理,将机器人运动学模型各参数的偏差都归结到关节变量上,建立位姿误差模型,求出目标函数最小时的关节变量修正值并补偿到控制器中,控制机械手完成高精度运动轨迹的复现。该方法避免了复杂的轨迹规划和传统的较为复杂的机器人标定补偿方法,提高了机器人复现精度,并能应用于任意复杂运动。在自行研制的6R串联机器人上对该方法进行了验证。     

关节型机器人曲线轨迹规划方法研究

为了实现关节型机器人在笛卡尔空间下的曲线轨迹规划，提出一种根据机器人末端所处位置与起点间曲线的长度规划机器人末端运行轨迹的方法。对于已知表达式的空间曲线，机器人末端从空间曲线的起点开始沿着曲线运行，先以3次多项式形式加速至匀速度，匀速运行一段时间后，再以3次多项式形式减速至0。根据规划好的速度规划轨迹，首先，求出整段曲线的长度；然后，根据设定的匀速运行速度求出机器人在曲线上的总运行时间；接着，从起点出发，求出当前时刻以及下一时刻机器人末端所处位置到起点之间的曲线段的长度，并求其差值；最后，根据曲线长度差值以及当前时刻机器人末端所处位置选择下一时刻机器人末端应到达的位置。通过MATLAB仿真验证了笛卡尔空间下曲线轨迹规划方法的正确性。