关节型码垛机器人轨迹规划及运动学研究

为了使关节型码垛机器人运动更加精确、流畅、连续、平稳的码放货物,提出了基于双平行四边形机构码垛机器人的轨迹规划及运动学分析方法。根据D-H法建立运动学模型,并对其进行反解。采用"5-3-5"轨迹规划法,将各关节运动轨迹分为三段,使用不同低阶多项式对各轨迹段进行插补。利用MATLAB进行运动学仿真分析,并生成关节角、角速度、角加速度变化曲线。利用拉格朗日方程推导各关节驱动力矩,保证各关节按照期望的角速度和角加速度运动。为实现关节型码垛机器人轨迹规划提出一种新的方法。     

机场行李装载机器人的轨迹规划研究

以机场行李装载机器人为研究对象,对其装载作业中的轨迹规划进行了研究。结合实际需求,对机器人末端轨迹设置关键路径点,建立点到点的运动轨迹。用MATLAB对3-3-5多项式插值法、3-5-3多项式插值法、4-3-4多项式插值法、5-3-5多项式插值法、3-4-5多项式插值法进行仿真。对比仿真结果,5-3-5多项式插值法在参数曲线光滑连续方面优于其他几种方法。以时间最短为优化目标,用遗传算法对5-3-5多项式插值方法进行优化。结果表明,该方法可以在时间最优的同时,各关节角度、角速度和角加速度曲线光滑连续,机器人可以平稳运行,顺利避开障碍物,满足设计要求。     

四足滑冰机器人直线运动规律研究

为研究四足滑冰机器人直线滑行运动时关节驱动参数对运动速度的影响,首先建立了机器人运动的物理模型,对运动原理进行了分析;然后采用将Matlab理论分析和ADAMS运动仿真相结合的方法,绘制了不同驱动参数和腿部关节运动协调参数下的速度曲线。最后,通过对比曲线,总结出了驱动参数和腿部关节协调参数对机器人运动速度的影响规律。研究结果表明,驱动参数和腿部关节协调参数的选择对机器人运动速度影响颇大。该研究为以后机器人的控制研究提供了依据。     

下肢外骨骼康复机器人动力学仿真与分析

下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率,减轻康复医师的工作量。设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系,采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模,将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真,得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况,对仿真数据进行分析,验证了数据的正确性,为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。     

仿青蛙游动机器人动力学分析

仿青蛙游动机器人的动力学分析,是研制仿青蛙水下机器人的基础。通过对所研制的仿青蛙游动机器人机构进行简化,建立机器人系统运动学模型。在此基础上,利用拉格朗日法建立机器人系统的动力学方程,通过逆动力学分析将前期生物青蛙观测实验获取的各关节运动轨迹转化为各关节驱动力矩,最后通过对比分析分别利用MATLAB和ADAMS得到的各关节驱动力矩在一个运动周期内的变化曲线,不仅验证了动力学方程的正确性,也为后期机器人控制系统的设计提供了理论依据。     

双臂空间机器人姿态与关节协调运动的自适应控制、鲁棒控制

讨论了载体位置不受控制情况下的双臂空间机器人姿态和关节协调运动的自适应与鲁棒控制问题。利用拉格朗日方法导出了双臂空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程;在该方程的基础上,基于增广变量法（恰当地扩展系统的控制输入和输出）,成功地克服了完全能控形式的空间机器人系统动力学方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点;针对双臂空间机器人两末端抓手所持载荷参数未知与不确定两种情况,分别设计了载体姿态与机械臂各关节协调运动的自适应控制和鲁棒控制方案。系统数值仿真表明,两种控制方案均可有效消除空间机器人系统惯性参数未知和不确定的影响,控制双臂空间机器人的载体姿态与机械臂各关节准确地完成期望的运动。     

四自由度绿篱修剪机器人运动学仿真研究

通过从ATLAB／SIMULINK中得到的各关节角变化曲线,在ADAMS／VIEW中成功驱动了该机器人实现所要实现的轨迹。并通过仿真验证了机器人动力学方程的正确性,确定了各关节电机参数。     

仿生四爪式爬管机器人的运动学分析与仿真

设计了一种具有较强的越障性能和负载能力的仿生四爪式爬管机器人,分析了机器人的构型与步态;采用D-H参数法建立了各连杆坐标系,并对各关节的正逆运动学方程进行求解;利用Matlab中Robotics Toolbox模块,建立了机器人在上部躯干两侧手爪处于夹紧状态时的运动学模型,求解得到各关节角度、速度及加速度与时间的关系曲线;将机器人在robotic中的关节运动所得到的数据拟合成Spline曲线,并导入ADAMS中进行机器人整体虚拟样机仿真;仿真实验表明机器人能够顺利进行尺蠖式爬升运动,验证了结构的合理性和运动学方程求解的正确性。     

基于ADAMS软件的小型机器人设计与仿真

应用SolidWorks软件建立小型机器人的三维模型,采用拉格朗日法建立其动力学模型,简化三维模型后导入ADAMS软件。在ADAMS软件中设置零件材料属性,添加系统各部位的约束、摩擦、运动、载荷,得到4 s内各关节角速度和角加速度随时间的变化曲线,以及末端执行机构的位移和速度变化曲线。仿真结果表明,所建立的驱动函数符合小型机器人的实际运行情况,小型机器人在工作中无大抖动,运行较平稳,各项运行参数符合设计要求。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。