基于MATLAB的MH24机器人3D建模仿真研究

在机器人的建模仿真研究中,多关节机器人因其结构复杂易导致建模不准确,机器人在仿真运动过程中难以体现实际的运动情况。为提高多关节机器人仿真运动时的模型逼真效果,提出了一种结合机器人工具箱和三维绘图软件构建机器人3D仿真模型的方法。以安川的MH24通用机器人作为研究对象,对各关节结构和连杆参数进行建模分析,求解该机器人的正逆运动学方程。使用Solid Works绘图软件建立机器人各关节的3D模型,通过机器人工具箱对各关节3D模型和D-H参数模型进行整合,构建了逼真的MH24机器人3D仿真模型,完成了机器人各连杆的动态仿真驱动和末端执行器的轨迹规划仿真分析。通过正运动学方程和求解的机器人末端执行器的位姿矩阵值验证了3D建模的精确性。     

基于步态规划的四足机器人运动学分析和仿真

利用三维设计软件设计四足机器人的整机结构。对四足机器人进行了数学建模和数学计算,利用公式计算了运动学的正解和逆解,用MATLAB进行了仿真验证对比。对机器人基于对角步态和三角步态进行步态规划,推导和计算了四足机器人四条腿各个关节的转动角度。利用ADAMS进行了步态的仿真,仿真结果符合预期设计。计算和仿真结果为物理样机的制作提供了数据支撑,有助于缩短研发周期,提升研发效率。     

基于改进麻雀搜索算法的机器人能耗最优轨迹规划北大核心

为提高机器人能量利用率,提出一种基于改进麻雀搜索算法的机器人能耗最优轨迹规划方法。为使机器人各关节速度、加速度、加加速度有界连续,采用7次B样条曲线构造关节空间轨迹。将运动学参数与动力学参数相结合计算机器人工作总能耗。在麻雀搜索算法基础上,用精英反向学习、非支配排序以及高斯-柯西变异策略对其进行改进求解出最优能耗所对应的时间序列,进而规划出能耗最优连续运动轨迹。仿真结果表明,所提轨迹规划方法不仅能实现轨迹的连续平滑,而且能有效降低能量消耗,节约生产成本。     

6R关节式机器人运动学仿真分析

为研究PR05型号6自由度关节型机器人的运动性能和轨迹规划,运用D-H建模方法对该机器人建立运动学方程,并基于其变换矩阵中元素的特性,提出一种6自由度机器人运动学逆解优化算法,该算法只需进行一次矩阵逆乘,从而使计算过程简化,而后分析了该机器人的奇异状态位置;在Matlab Robotics Toolbox环境下,对该机器人进行仿真建模,并对其运动学正逆解和关节空间轨迹进行实例仿真,得到了机器人各个关节的动力学参数仿真曲线和运动轨迹数据,验证了所建立的机器人运动学模型正确以及正逆解算法的有效性,表明了该机器人运动性能良好,轨迹曲线平滑无波动。     

面向林地作业的腿履复合移动机器人构型设计与越障策略研究

针对林地地面环境复杂、台阶和倒木障碍多的问题,设计一种腿履复合移动机器人。在分析犬类腿部骨骼结构参数和运动特性的基础上,设计3关节构型与履带复合的移动机器人腿部结构,为了尽可能减轻整机质量,将履带部件和机器人腿部的大腿结构有机融合。构建机器人单腿的运动学模型,分析机器人足端工作空间,提出针对腿履复合移动机器人的林地越障策略,仿真分析越障过程中机器人关节的动态特性。仿真结果表明：利用腿部关节摆动和履带推进的组合和适时切换,该腿履复合移动机器人能实现灵活的台阶和倒木障碍的跨越;越障过程中,除与障碍接触时刻的关节力矩突变外,腿部关节力矩变化平稳,履带运动模式和足式运动模式切换平顺。研究为下一步机器人样机研制和控制系统开发提供了技术基础。     

工业机器人工作过程中能耗最小控制策略

针对工业机器人作业过程中能耗高的问题,提出了一种工业机器人的能耗最小控制策略,有效降低六自由度串联工业机器人在指定轨迹下匀速工作过程中的能耗。在工业机器人腰部、大臂、小臂进行动力学建模基础上,针对机器人的腰关节、肩关节、肘关节等能耗较大关节的驱动电机建立其能耗模型。通过动力学模型和能耗模型推导出机器人目标能量函数,根据约束条件提出了机器人能耗最小控制策略。通过测量机器人各个关节不同转动速度时的电机的输入功率,理论能耗与实验的对比,验证了控制策略的有效性。该控制策略可以有效降低工业机器人的作业能耗,节能增效,并对工业机器人具有普适性。     

工业机器人运动学分析和轨迹拟合研究

为更好地控制工业机器人进行精准的作业,以Puma560工业机器人为例,运用D-H表示法对工业机器人的结构和连杆参数进行分析,建立运动学方程。利用三次多项式插值方法规划出机器人关节角的运动轨迹。在分析了工业机器人运动学模型的基础上,提出了一种通过对机器人轨迹拟合计算表示机器人关节运动精度和机器人运动精度的方法,为后续提高机器人运动精度研究提供了理论依据。     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

基于旋量理论的4-R(SS)2并联机器人正运动学分析

研究机器人运动学较为传统的方法为D-H参数法,以4-R(SS)2并联机器人为研究对象,基于旋量理论,根据指数积公式对该机器人进行正运动学分析,得到机器人的位姿变换矩阵。旋量法只需要建立惯性坐标系S和工具坐标系T,经过每一个关节变量之间的变换,最终可得到其运动学方程。与D-H参数法相比,此方法使运动学模型变得更为简单,并且具有更明确的几何意义。最后对并联机器人进行运动仿真,构建其仿真模型,确定机器人各结构的参数,输入随机关节变量,得到的结果与文中计算的结果进行对比,验证本文方法的准确性。     

XYZR焊接机器人运动学的研究

设计了一种XYZR型四自由度直角坐标焊接机器人,传动机构由x、y、z三个方向上的滑动机构和一个R方向的转动机构组成,转动机构连着末端执行机构即焊枪,在控制系统作用下,通过各个传动机构的运动实现末端执行机构的焊接功能。利用D-H参数法建立XYZR焊接机器人的运动学方程,对机器人的末端执行机构的运动进行理论推导,并利用ADAMS软件对机器人的末端执行机构进行运动学仿真研究,最后运用半实物仿真平台对焊接轨迹进行仿真测试。结果表明,由4个关节引起的运动的机器人末端位移、速度曲线变化平稳,验证了结构设计的合理性,为机器人控制系统的设计提供了依据。     

关节一体化机器人动力学建模与伺服系统控制

针对关节一体化双臂机器人手臂高速运动下稳定抓取和电机控制问题,文章研究了其动力学建模与伺服系统控制算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响;简化后的动力学方程更利于实现,有效加快计算速度。其次针对简化后的模型参数采用最小二乘法辨识,最后通过仿真和系统实验,验证动力学计算结果的正确性。再次由机器人动力学和电机动力学建立关节转矩模型进行关节转矩力控制;最后讨论了交流永磁同步电机的建模和控制问题。经过验证简化后的模型一方面等效于直流电机便于设计控制器,另一方面可用于机器人关节转矩控制。     

基于遗传算法的腿轮式机器人运动姿态优化

在分析一种腿轮式机器人的运动原理的基础上,将具有12个自由度的腿轮式机器人简化为8连杆机构.利用三次多项式拟合机器人腿部髋关节和踝关节的位置轨迹,并通过动力学模型建立能量消耗表达式.然后应用遗传算法对多项式系数进行优化,获得了能量最优的运动姿态,最后对机器人的运动进行了仿真.     

基于虚拟样机技术的机器人空间轨迹实现及仿真分析

针对虚拟样机技术能极大的减少产品开发成本,同时能很好的对产品进行分析和测试的特点.为了分析机器人运动轨迹特性,采用UG建立机器人样机模型,并将其导入ADAMS中创建虚拟样机.根据机器人运动学原理,结合MATLAB编程计算,对获取的数据采用样条函数驱动关节运动,实现了机器人多体系统在ADAMS中进行空间任意轨迹运动的功能.通过仿真求解,分析了机器人相关参数的运动特性.其结果为物理样机的研制提供了很好的参考依据,也为机器人碰撞检测打下基础.     

轨道式焊接机器人的虚拟样机设计与仿真

针对受损的水轮机叶片等具有空间复杂曲面结构,在其安装位置直接进行修复工作,设计了一种基于移动平台的焊接机器人虚拟样机。为确定焊枪末端与机器人6个关节之间的运动关系,建立虚拟样机DH坐标系,借助Matlab软件得到运动学方程正、逆解。将在Solid Works软件中建立的焊接机器人三维模型,导入ADAMS仿真软件进行运动学分析。仿真结果表明:机器人在狭窄空间启动时,由滑动、转动关节运动引起的焊枪末端空间位移变化小,速度、加速度曲线变化平缓,无任何突变,证明了该虚拟样机设计的有效性,满足基坑内的焊接工作要求。     

基于ADAMS的六自由度串联机器人运动学仿真研究

借助ADAMS仿真软件建立了六自由度串联机器人的虚拟样机模型,对其运动学问题进行了仿真研究。通过对末端执行器添加点驱动,设置期望轨迹参数方程,仿真测量得到各个关节角度变化的曲线,通过对曲线的拟合,最终得到运动学逆解。利用六个关节的运动驱动,仿真得到机器人末端执行器的位移与速度曲线,其变化平稳,无突变现象。通过在ADAMS平台上进行仿真,可直观的了解到机器人运动过程中的各连杆、各关节及末端执行器的运行状态,为机器人轨迹规划、动力学分析及离线编程、物理样机实验等提供依据。     

足履机器人的步行建模和运动仿真

足履机器人设计成履带和腿式相结合的运动方式,兼具了履带和腿式机器人的共同优点。利用ADAMS建立每足三自由度的双足履带简化模型机器人,根据行走步态的特点,建立了合理的步行运动方程,使足端在运动起始点和终止点避免冲击,运动平稳,根据运动方程,可逆获得关节处的运动轨迹方程。利用ADAMS对双足履带机器人进行仿真,验证机构设计运动方案的可行性。     

基于逆动力学分析的上下料机器人关键零部件选型

以SCARA型四自由度物料搬运机器人为研究载体,提出一种基于逆动力学分析的机器人关键零部件选型方法.该方法是使用Denavit-Hartenberg参数法建立机器人运动学模型,使用Newton-Euler迭代动力学方程建立机器人的动力学模型,利用数学软件Mathematica建立机器人逆动力学仿真系统,并在关节空间下进行仿真分析,最后获得机器人在运动过程中各关节的功率、扭矩、转速及相邻连杆间的相互作用力等参数的一套机器人关键零部件选型方法.该方法为机器人结构设计以及电机、减速机等关键零部件的选型提供理论依据,同时也适用于其他类型的机器人关键零部件选型.     

GIS内壁检测的四足爬壁机器人运动学分析

设计了一种用于气体绝缘金属封闭开关(GIS)内部检测的四足爬壁管道机器人,并对其进行运动学分析.为准确描述机器人在管道中的位置,提出了位姿参数的概念,并确定了机器人起始位姿;建立了机器人的单腿运动学模型,并求解得到单腿运动学正逆解;为了避免足端在运动中与壁面碰撞,分别对机器人进行直线、曲线轨迹规划和实验.实验结果证明,...     

基于导航路径约束的多模块柔性检测机器人运动规划研究

连续体机器人运动规划复杂且控制精度低是制约其深入研究和快速应用的重要难题。基于几何分析法对连续体机器人进行运动学建模研究，构建关节空间与末端笛卡尔空间的映射模型，在此基础上对其工作空间进行分析。为满足柔性检测机器人在狭小空间的快速介入和准确探测需求，提出一种基于导航路径约束的机器人运动规划方法，以连续体机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离作为目标函数，通过逆向递推的方法逐节求出各弯曲单元关节参数，从而控制机器人沿着预设导航路径进行介入运动。最后分别通过平面C形弯曲曲线和空间路径的运动规划仿真实验对所提路径规划算法进行验证，同时研究该规划方法下机器人关节长度及单元个数变化时机器人的跟随效果。仿真结果表明：所提运动规划方法能够有效控制连续体机器人沿着预设路径进行介入运动，并具有较高的控制精度和较强的适应性。     

六自由度肩关节康复机器人设计与仿真

针对肩关节运动损伤康复训练问题,通过分析肩关节的运动方式,设计一种外骨骼肩关节康复机器人。对机器人的整体样机机械结构进行简单建模设计,并解决了肩关节旋转中心瞬时可变性的问题;通过D-H法推导出机器人运动学方程,并通过MATLAB验证了运动学方程的正确性。利用ADAMS软件中建立的虚拟样机模型,对机器人进行运动学和动力学的仿真,得到各关节角速度与时间的关系和各关节的驱动力矩曲线。最后通过蒙特卡洛法,计算出机器人末端运动的位置云图,得到机器人末端的运动范围。仿真分析验证了机器人结构的可行性和运动学方程的正确性,可以实现康复目的。