基于蛇形魔方机构分析的模块化可重构机构理论

蛇形魔方是一种由相同的27个正方体模块串接组成的模块化机构,在对该机构综合分析的基础上,着重于研究模块的几何描述、运动干涉检测、正逆运动学的计算以及机构的等价变化等重构理论问题。应用Clifford代数对正方体模块进行几何描述。建立机构运动过程中的约束关系,并通过逆运动学计算获得到达目标构型的转角序列。针对运动模块的特殊几何形状,采用柔性关节等价替换的方法,实现机构到达目标构型的运动。为了有效检测机构在运动过程中存在的干涉,提出一种基于Clifford代数的模块运动干涉检测算法。进而提出一种新的机构离散运动的表达方式——运动变化序列,并与指数积公式结合实现机构的正运动学计算。通过仿真试验验证所提出理论的正确性,并在仿真结果分析的基础上实现了面向特定目标构型的机构等价简化。     

一种具有可拓展性解空间的平面杆组机构运动综合方法

基于克利福德代数中的运动学映射理论,提出了一种新的具有可拓展性解空间的平面杆组机构运动综合方法。针对无精确解或数学意义上的最优近似解不能满足实际需求的情况,该方法可以根据需要来扩大拟合误差容许范围,进一步拓展解空间,从而获得更多近似解。之后,从中选取最优的二杆组来组成四杆机构或并联机构,实现给定的运动位姿。     

RV12L-6R机器人轨迹规划及其应用研究

机器人的轨迹规划可以在关节空间中进行,也可以在直角坐标空间中进行。分析了这两种轨迹规划的特点,给出了基于关节空间的轨迹规划算法和基于直角坐标空间的轨迹规划算法。针对ＩＶＥＣＯ横梁的焊接,进行了机器人的轨迹规划研究,并进行了计算机仿真,该研究成果已应用于ＩＶＥＣＯ横梁焊接工作站系统。     

非惯性系柔性平面连杆机构系统完全动力学问题的回转键合图法

介绍了非惯性系柔性机械系统完全动力学问题的回转键合图法,给出了非惯性系下综合考虑刚、弹性及多种能域相互耦合的柔性机械系统键合图模型的建立方法。基于回转键合图理论,推导出便于计算机自动生成的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式,有效地克服了微分因果关系及非线性结型结构给在计算机上自动建立系统状态方程及运动副约束反力方程所带来的十分困难的代数问题。所述方法特别适合于多能域并存的系统。结合实例来说明本文方法的有效性及通用性。     

平面并联机构正运动学分析的几何建模和免消元计算

为了解决三自由度平面并联机构的正运动学分析建模和求解时,需要建立坐标系和消元的问题,基于共形几何代数（Conformal geometric algebra,CGA）提出一种脱离坐标系的几何建模和免消元计算方法。在共形几何代数框架下通过基本几何体的相交、分离和对偶运算,表示出动平台上的两个铰链位置;根据动平台三角形面积的有向性,并经过一系列的几何代数运算和化简推导出该问题的特征多项式方程;通过半角正切变换、欧拉变换或不需要任何变换可直接获得任意构型的平面并联机构正运动学分析的一元高次方程。特征多项式方程的推导脱离了坐标系,不需要经过消元,且不需要任何前提条件。数字实例求解表明提出的方法对于特殊构型和一般构型的平面并联机构都是适用的,验证了算法的正确性,结果表明算法数值鲁棒性好,为平面并联机构运动学求解理论提供了一种新思路。     

基于Matlab的机器人轨迹仿真及关节控制

首先根据标准D-H参数法建立六关节臂型机器人的连杆坐标系,推导出运动学正解和逆解的方程,然后在Matlab中搭建了机器人仿真模型。运用Matlab机器人工具箱分别从关节空间和笛卡尔空间两方面进行机器人轨迹规划仿真,并基于关节空间生成的轨迹数据实现了机器人关节硬件在环控制和轨迹实时跟随。实验结果表明,该模型可以准确地实现机器人关节轨迹控制,其为机器人控制开拓了新的道路。     

Introduction of laminated supporting tools in water jet incremental sheet metal forming

This contribution presents the introduction of laminated supporting tools in water jet incremental sheet metal forming (WJISMF) process. In WJISMF the main tool is a high-velocity water jet (WJ) instead of a rigid tool. The influence of the main tool trajectory on the forming outcome in WJISMF is observed and optimized in order to reduce the forming time and improve the product quality. Laminated tools are fabricated with abrasive water jet (AWJ) machining from aluminium plates of different thicknesses. The parts formed in this investigation are measured with a coordinate measuring machine (CMM) and results are compared by means of forming time, parts symmetry and achieved geometry, which is defined with the supporting tool.     

Analytical determination of principal twists in serial, parallel and hybrid manipulators using dual vectors and matrices

The determination of principal twists of the end-effector of a multi-degree-of-freedom manipulator plays a central role in their analysis, design, motion planning and determination of singularities. Most approaches to obtain principal twists and the distributions of twists, such as the well-known classical results of cylindroid and hyperboloid, are based on geometric reasoning and involve intuitive choice of coordinate systems. In this paper, we present a formal algebraic approach to obtain the principal twists of any multi-degree-of-freedom serial, parallel or hybrid manipulator, by making use of the algebra of dual numbers, vectors and matrices. We present analytical expressions for the principal twists and the pitches for any manipulator of arbitrary degree-of-freedom. A consequence of our approach is that we can obtain analytical expressions for the screws along which a manipulator can lose or gain degrees-of-freedom at a singularity. The theoretical results are illustrated with the help of examples of parallel and hybrid manipulators.     

工业机器人笛卡尔空间轨迹规划

研究了在笛卡尔坐标系中工业机器人空间直线及圆弧轨迹规划问题,提出利用抛物线过渡的空间直线插补算法和基于局部坐标系的空间圆弧插补算法。以上算法在自行设计的五自由度喷涂机器人上进行了实验验证。实验结果表明,该直线和圆弧插补算法能保证机器人运行平稳,轨迹衔接平滑。     

码垛机器人的轨迹规划与仿真分析

针对码垛机器人在高速运行过程中产生的冲击问题,以优化运行节拍提高效率为目的对码垛机器人的运动轨迹进行规划。利用笛卡尔空间圆弧插补方法对运行轨迹进行优化,并在此基础上利用三次曲线插补对r关节运动轨迹进行了再次修正,基于Matlab建立模型对规划结果进行了仿真。结果表明通过轨迹曲线规划方法使得码垛机器人在运行过程当中满足了减小运行冲击和提高运行效率的要求。     

基于Pro/E的管道喷涂机器人运动仿真分析

利用ProE／Mechanism的运动仿真功能,模拟实现了冗余多自由度管道喷涂机器人手臂在S型管道内的运动特性。模拟仿真过程中通过输入由机器人逆运动学计算所得的手臂关节关键点的相对坐标,实现了机器人手臂按照规划路径运动的设计要求,从而检验出手臂是否与管道碰撞,为喷涂路径的优化提供了重要参考,最终实现了对机器入喷涂效果的最优化控制。     

曲线物理规律控制代替位置控制的研究

为了提高精度,简化控制,取消插补运算,提出用运动规律控制代替位置控制。假定工作在理想状态,建立数控机床运动的物理模型,根据运动学原理和几何学原理研究轨迹的几何参数,运动参数,规划参数之间的关系,写出轨迹运动微分方程组。将轨迹函数、规划运动参数代入轨迹运动微分方程组,可以计算出各坐标轴的瞬态运动参数,即运动参数代表的运动规律,一条轨迹的位置点有无穷多个,但规律只有一个,用运动规律控制运动,运算简单,没有原理误差。按运动规律控制的方法是最简捷、最全面的。经过试验和仿真,证明曲线物理规律控制方法是比位置控制更简单、更全面的方法。     

基于模糊控制的AGV轨迹跟踪研究

针对AGV轨迹跟踪问题,采用模糊控制原理,设计了一种模糊控制器。通过对AGV运动学模型的分析,得到了控制AGV在绝对坐标系中位姿变化的2个变量,并将这2个变量作为模糊控制器的输出变量,实现对AGV的轨迹控制。利用Matlab进行仿真,仿真结果较理想。     

一种正交夹持的钢球螺旋全展开方法与机构

分析了实现钢球表面全部展开的运动条件，根据运动学关系建立了钢球表面螺旋全展开的数学模型，通过坐标变换求解出展开轨迹线的方程；利用MATLAB分析了钢球表面螺旋全展开的过程，探讨了展开运动轨迹线密度的影响因素；最后设计了一种正交夹持的钢球表面螺旋全展开机构，并成功应用于钢球自动化超声探伤设备中。     

抛物线弹道弹丸飞行参数测量模型与 精度分析

现有匀速直线弹道六光幕阵列测量模型无法满足终点抛物线弹道弹丸着靶坐标与飞行速度的测量需求。针对终点弹道测试试验中抛物线弹道的实际,提出一种变速抛物线弹道弹丸飞行参数的测量方法,建立六光幕阵列通用测量模型。综合考虑重力和空气阻力对弹丸运动轨迹的影响,建立弹丸的空间运动方程,结合光幕阵列平面方程和测量得到的弹丸穿过光幕阵列时刻序列,计算出弹丸在预定位置的着靶坐标和飞行速度矢量。对研究的抛物线弹道测量模型与现有的匀速直线弹道模型进行了比较分析,仿真计算了在不同靶距与不同飞行速度情况下2种模型测量数据的差值。对研究的测量算法进行了精度分析。采用六光幕阵列天幕靶和木板靶进行7.62 mm步枪弹的着靶坐标比对试验,结果表明在探测靶面内,着靶坐标测量误差不大于3.5 mm。建立的测量模型拓宽了六光幕阵列在终点弹道的测试领域的应用。     

Dual tree fractional quaternion wavelet transform for disparity estimation

This paper proposes a novel phase based approach for computing disparity as the optical flow from the given pair of consecutive images. A new dual tree fractional quaternion wavelet transform (FrQWT) is proposed by defining the 2D Fourier spectrum upto a single quadrant. In the proposed FrQWT, each quaternion wavelet consists of a real part (a real DWT wavelet) and three imaginary parts that are organized according to the quaternion algebra. First two FrQWT phases encode the shifts of image features in the absolute horizontal and vertical coordinate system, while the third phase has the texture information. The FrQWT allowed a multi-scale framework for calculating and adjusting local disparities and executing phase unwrapping from coarse to fine scales with linear computational efficiency.     

3-3R球面并联喷胶装置控制系统设计

设计了3—3R球面并联喷胶装置的控制系统,根据并联机构的运动学特性和制鞋业喷胶工艺要求,采用了固高GT-400-SG—PCI—G运动控制卡,给出了其硬件连接和软件设计的方法。开发了操作简便,交互性良好的喷胶系统控制软件。控制软件实现了单轴控制、坐标系控制（多轴协调控制）、轨迹控制等模块。     

Automatic Method for Synchronizing Workpiece Frames in Twin-robot Nondestructive Testing System

The workpiece frames relative to each robot base frame should be known in advance for the proper operation of twin-robot nondestructive testing system. However, when two robots are separated from the w...     

一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真

针对Motoman-HP20机器人的构型特点,采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系,将机器人分解为位置结构和姿态结构,得到以位置矢量和欧拉角表示的完备广义坐标,利用位姿分离法对机器人进行逆运动学求解,求得各个关键转角。构建了三维可视化仿真环境,验证所提出的运动学算法的正确性。该仿真环境可以直观地观察机器人各部分的运动情况。     

车门板包边机器人六关节角运动分析

机器人包边相对于传统包边技术有较强的适应性,能够针对不同工作做出相应改变来适应工件的不同几何形状,因此具有柔性的优点,这就是决定了各关节角运动对包边机器人的重要性。对包边机器人构型进行选取后,通过对车门预包边和包边的复杂空间曲面进行分析,用NURBS曲面方程推导出滚压机构所走的包边曲面,并做出运动学分析,求出运动学正、反解,最后代入实际SAIL车门数模的空间坐标数据,用MATLAB计算并做出各关节角随时间的曲线图,做相应的分析后得出结论。