粮仓取样机器人机构运动学逆解的初步研究

在粮仓取样机器人中,求运动学逆解的方法很多,但都比较繁琐,运算过程冗长.本文主要阐述一种近期常用的方法--偶数方法,它将使机构求解的过程大为简化,且易实现机器人的离线编程以及实时控制,本文旨在对该方法进行介绍并对其在机器人机构中的应用进行初步探讨.     

基于Adams的管道机器人自适应机构优化设计

为了增强履带式管道机器人自适应机构的传力能力,本文优化设计了管道机器人的自适应机构。通过对自适应机构的运动原理进行表述以及对机构进行动力学分析,建立自适应机构的优化设计数学模型。同时,以Adams中参数化建模与优化设计的模块为工具,以对优化目标影响较大的机构参数为优化变量,以机构的结构和运动要求为约束条件,以自适应机构在适应管径过程中对管壁压力最大为目标,对管道机器自适应机构进行优化设计。优化结果表明,优化后自适应机构对管壁压力较优化前提高了11.3%,比较明显的提高了自适应机构传递力的能力,增强了管道机器人爬行能力。该研究为履带式管径自适应管道机器人的后续开发奠定了基础。     

特殊环境下服役机器人发展现状及其关键技术研究

在人类认识世界和探索世界的过程中,存在许多人类无法到达或危险的特殊场合,如以地震为代表的自然灾害环境和以核电站与石化行业为代表的特殊高危环境,而随着机器人技术的不断进步,特种机器人可应用到这些特殊极限作业环境中.本文分析了灾害救援机器人、核电站机器人、石化行业机器人的研究现状,针对特殊环境下服役机器人机构、机器人控制技术、复杂目标物体形貌快速识别及系统标定技术、机器人控制系统可靠性技术等关键技术进行了分析,在此基础上,对移动机器人机构、机电一体化集成、高效末端执行器、机器人协调作业方法、多机器人协调作业技术及机器人控制系统可靠性的发展趋势进行了展望.     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

辅助肩胛骨康复运动机构设计

为使康复机器人更好地满足人体的需求,本文基于人体上肢的生理结构,设计了对外骨骼上肢康复机器人的肩胛骨辅助康复运动机构。通过分析人体上肢肩关节与肩胛骨的运动关系,对上肢康复机器人的结构和工作原理进行深入研究,给出了辅助肩胛骨运动装置的组成结构,并对位置调整机构和助动康复机构的工作过程进行分析与研究。研究结果表明,该机构能满足康复治疗的需求,更好的辅助人体进行康复,实用性较强,具有广阔的发展前景。     

一种新型四臂巡检机器人机构设计与运动分析

为满足大跨度输电线路对巡检机器人结构尺寸、爬坡性能以及越障性能等方面的要求,从人爬树运动研究中得到启示,设计了一种新型四臂式巡检机器人。首先,通过探索人爬树过程中运动姿态特点,介绍了机器人的机构构型和2种典型障碍物的越障方法。其次,给出了机器人机构的主要尺寸,推导了机器人的运动学方程,对机器人爬坡和越障运动性能进行了分析,以验证机构设计的可行性。最后,在虚拟样机平台上进行了运动仿真实验。结果表明该机器人同时具备较强爬坡能力和跨越单挂点等复杂障碍物的能力。     

多足机器人规则步态实现方法研究

步态规划在移动机器人运动学研究中具有基础和重要的作用,本文首先对四足机器人的着地点进行设计,并分别对各腿的摆动顺序进行几何规划,利用虚拟样机,对四足机器人的单足轨迹进行设计,使得机体能够维持重心稳定并向前运动;其次,本文构建了四足机器人支撑机构的运动学逆解模型,排除奇异解,基于支撑机构的数学建模与求解对四足机器人的前行运动进行了规划;最后,实验结果表明,规则步态规划方法可实现四足机器人稳定可靠地运动.     

高压双分裂输电线路四轮机器人动力学 建模与仿真研究

电力机器人服役于超高压强电磁特种作业环境下,机器人动力学模型是机器人机械结构设计、电气系统设计及控制器设计的关键,且动力学模型的精确度和复杂度直接影响机器人控制性能和机器人的运行速度。针对高压双分裂输电线路四轮移动带电作业机器人常规动力学建模方法计算量大、复杂、不利于机器人机构和控制器设计的问题,提出了一种基于分层递推结构的机器人动力学建模方法。通过分解作业过程中机械臂的运动,利用拉格朗日动力学建模方法对机器人的机械臂基本动作进行了动力学建模,得到了机械臂基本动作的统一动力学模型,通过递推得出了四轮移动机器人的完整动力学模型,最后,通过机器人作业现场获取的关节电机实时数据,在MATLAB软件中进行仿真实验,结果验证了本文机器人动力学模型的正确性,为机器人物理样机开发、控制器和关节驱动机构的设计与选型提供了理论依据。     

精密装配用并联机器人标定及机构误差分析

为了提高手机摄像头的装配精度,设计开发一款用于精密装配的小型并联机器人,并对机器人进行标定以及机构误差分析.用数值方法推导机器人的正逆运动学模型和误差模型,并探讨机器人运动学模型和误差补偿模型衔接的问题;设计在桥式三座标测量机上进行测量标定的方法,并对机器人进行标定实验;从机构角度对机器人的间隙误差来源进行分析,分析机器人构型对间隙误差的约束,并对机器人进行重复定位精度测试.经过标定及机构误差控制,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.345 9 mm降为0.012 1 mm,最大转角误差由0.007 3 rad降为0.001 1 rad,重复定位精度为0.004 8 mm.实验结果表明该标定方法及机构误差分析方法能有效提高机器人的精度.     

运动状态下柔性关节机器人振动环境预测

为研究柔性关节机器人运动状态下的振动特性,提出一种机构振动环境预测新方法. 以3自由度单臂机器人系统为研究对象,将结构中的行波理论与机器人关节旋转变换矩阵相结合,通过各结点力平衡及位移边界条件,建立机构系统在运动状态下的环境预测模型. 对运动状态下的机器人系统进行振动实验,结果表明本文方法可行.     

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律,提出了三平移输出并联机器人机构型综合的一个种系统、有效的新方法。型综合共得到３１个机构,并进行了分类。其中２７个机构为本文首次给出,提出的三平移并联机器人机械型综合方法具有普遍性意义,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合。     

管道机器人自适应机构碟形弹簧设计分析

为了提高管道机器人的管径适应能力，增强自适应机构的空间紧凑性，本文研究了一种具有自适应和主动适应功能的履带式管道机器人。以碟形弹簧作为自适应机构动力元件，根据构建越障时的力学模型，求解管道内壁正压力，通过ADAMS软件，创建机器人对自适应机构静力学仿真模型，设计了动力元件碟形弹簧。同时基于Matlab软件得到碟形弹簧的特性曲线，并对越障过程进行动力学仿真分析。仿真结果表明，当跨越2.5 mm障碍时，自适应机构对管壁的正压力为223.43 N,验证了碟形弹簧的合理性，满足越障要求。该研究为非线性动力元件在管道机器人自适应机构的应用及分析提供了思路。     

基于单开链单元的三平移并联机器人机构型综合及分类

以单开链支路为单元,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律.提出了三平移输出并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法.型综合共得到31个机构,并进行了分类.其中27个机构为本文首次给出.提出的三平移并联机器人机构型综合方法具有普遍性意义,并已用于其它运动输出类型的欠秩并联机器人机构的型综合.     

具有被动摆臂的四履带机器人越障性能分析

针对主动摆臂形式的四履带机器人在越障过程中出现的摆臂控制复杂问题,采用简化机器人控制、增强机器人自适应能力的方法,通过引入柔性关节,在机器人机械本体上设计了一种被动摆臂机构,并从理论上对该被动摆臂式四履带机器人的越障能力进行了分析,用ADAMS软件对该机器人进行了运动学仿真.结果表明:当摆臂的下限摆角取φ1=-1.09rad时,机器人样机所能攀越的台阶高度为其极限越障高度(170.93mm),比同尺寸采用主动摆臂形式的四履带机器人提高了20mm,从而验证了该机构的可行性,为被动摆臂式四履带机器人的发展提供了基础.     

仿生爬行机器人研究中的关键技术

综述了仿生爬行机器人的研究现状，重点介绍了几种类型的爬行机器人．在此基础上对仿生爬行机器人在实用化研究过程中出现的关键问题进行了讨论．最后提出了一种仿蠕虫爬行机构的方案，并指出了研究这种机构中的关键问题．     

架空输电线路巡线机器人越障分析及运动学仿真

基于目前巡线机器人普遍存在的机构复杂、识障难、越障难等问题,研制了一种新型的三臂巡线机器人。设计了移动型配重,巡线机器人在运行的过程中通过实时调节配重位置提高了巡线机器人的稳定性。采用曲柄滑块机构,解决了前后臂摆动的同步性问题。提出了一种新的识障、越障方式。通过应用D-H法建立了巡线机器人关节坐标系和杆件参数,并在MATLAB环境下对巡线机器人的越障过程进行了仿真建模。通过仿真得到了机器人各关节和越障臂末端在越障过程中的运动参数曲线,验证了巡线机器人各连杆的参数设计的合理性。     

并联机器人设计理论及其关键应用技术研究

并联机器人采用了一种“知识密集”型并联机构,国际上公认并联机构的设计是较困难的热点问题．本文论述了国内外有关并联机器人研究的现状,讨论了并联机器人设计理论和创新方法以及在六维力传感器、六维鼠标、六自由度并联微操作机器人、五轴并联机床等方面的应用．本文对并联机器人研究有重要的理论与实际意义．     

平面冗余自由度机器人自寻优运动优化方法

为了解决平面冗余自由度机器人的运动优化问题,提出一种自寻优方法。引入"臂角"参数,建立了平面4自由度机器人逆运动学的封闭解形式;针对机器人运动过程中远离关节极限的优化任务,提出一种自寻优方法,将4自由度机器人等效为四连杆机构,将优化目标转化为虚拟转矩作用于关节上,机器人将在虚拟力作用下向着平衡状态运动,最终实现机器人的运动优化。采用自寻优方法对机器人单点位姿及轨迹跟踪进行了运动仿真,结果表明:自寻优方法可以快速、有效地实现机器人的运动优化。     

输电线除冰机器人机械结构设计与运动特性分析

针对四分裂输电线路除冰作业任务,提出了一种能够适应多分裂输电线路行走和作业的四轮移动机器人机构构型及其末端工具,通过拉格朗日法推导并建立机械臂的动力学模型,基于该动力学模型在ADAMS中对机器人的动力学特性进行仿真研究,结果表明,本文所提出的机器人机构能够完成四分裂除冰作业,同时机器人各关节的运动满足作业过程中驱动力矩的要求,避免了机器人关节力矩驱动力不足和驱动力过大等造成的机器人系统作业故障和作业失败的发生,最后,通过实验验证了本文所提出机械构型和动力学模型的工程实用性。通过本文的研究,对于输电线路移动机器人机械结构参数优化和电气控制参数优化具有双重重要的理论意义和实际应用价值。     

变几何桁架机器人动力学分析

本文结合变几何桁架机构的结构特点,对变几何桁架机器人的动力学分析进行了研究,提出了应用Ｋａｎｅ方法建立变几何桁架机器人动力学模型的一般方法,导出了其动力学的显示方程,并给出了一数字实例。