基于空间六自由度机械臂的逆运动学数值解法

针对解析法只能用于特殊构型的机械臂且求解过程复杂、计算量大的问题,提出一种适用于大多数串联型机械臂的数值迭代逆运动学求解方法.利用该方法,求解自主研发的空间六自由度机械臂的运动学逆解,并通过仿真证明该方法的可靠性.     

七自由度纤维铺放机后置处理算法及比较

为了使七自由度纤维铺放机按规划的铺放轨迹运动,必须研究铺放机的后置处理算法。通过比较七自由度冗余度机器人的各种逆解方法,结合纤维铺放的工作过程,铺放机后置处理算法采用位姿分离法,将7个关节分两个部分进行后置处理算法的研究:主轴关节部分和机械手臂部分。这种算法在保留机构冗余特性的同时,避开了冗余自由度机构的运动学分析、优化问题,简化了后置处理算法。通过分析主轴关节的不同处理方法,提出基于机械手臂末端运动轨迹和基于机械手臂末端施压方向2种算法。并对这2种算法进行分析比较,得出基于机械手臂末端施压方向的后置处理算法使机床运动平稳、关节变量变化范围小、关节角波动小、适用范围广的结论。通过铺放试验验证了后置处理方法的正确性。     

仿生四足机器人结构设计与运动学分析

为满足四足步行机器人野外探索的任务需求,设计一种具有5个自由度的机械腿.应用模块化的设计理念将其拆分成基节模块、股节模块和胫节模块进行设计.通过机械腿正运动学分析,在Matlab仿真环境中计算出机械腿足端工作空间,并结合四足机器人的躯干结构,设计一种连续性的爬行步态,完成其足端轨迹规划,采用梯度投影法对这种冗余机械腿进行逆运动学求解,并在Adams中进行运动学仿真.仿真结果表明:五自由度冗余机械腿各关节能在尽量避免关节极限角的情况下实现连续爬行步态,且四足机器人的机体质心位移曲线在时间上连续光滑.     

绳驱准连续型机械臂的动力学研究

针对一种具有17个自由度的准连续型机械臂开展动力学研究,利用牛顿欧拉法建立动力学模型,并借助Matlab对机械臂进行动力学仿真,得到机械臂运动过程中,每个关节转动所需要的力矩,进而将力矩转换为驱动绳拉力.同时,针对关节力矩与驱动绳拉力之间的转换,优化了最优化模型中的目标函数,采用置信域算法解决了驱动绳拉力值曲线不光滑的...     

一种新型物料装填机器人的设计与轨迹优化

为提高车辆等载具内的物料装填效率,设计一种车内受限空间中使用的圆柱物料装填机器人,并对机器人的关节轨迹进行优化。在考虑圆柱物料输送要求和车内空间限制的基础上,提出物料装填机器人总体设计方案,给出机器人工作时的关节运动流程。建立机器人运动学模型,对机器人的工作空间进行分析。使用分段高阶多项式函数拟合机器人关节运动轨迹,采取插值时间变量代替系数变量的简化求解方法和粒子群算法优化关节轨迹。研究结果表明,该物料装填机器人工作空间可覆盖车内空间且满足车内空间限制,优化后的关节轨迹可平稳快速地完成物料装填作业。     

细长腔体检测机器人设计研究

对现有人力不可达腔体的几种机器人检测方式进行比较,针对安装有精密零件的某航天器腔体设计了一台检测机器人XN-600-3.该机器人基于柱坐标系设计,视觉系统固定在一条细长机械臂末端,由两自由度关节驱动深入腔内进行检测。该机器人的大部分功能集中在机座内,即机械臂的全部驱动件移至机座内,悬臂部分负载最轻刚度最高,执行系统拥有最优的动态性能。试验证明该机器人具有长行程、高刚度、大回转角、小回转半径的优点,检测过程中视觉系统振幅最大为0.6 mm.通过机械臂末端的高精度摄像机捕获图像,该机器人可用于腔内装配尺寸或焊接质量等检测项目。     

下肢外骨骼的膝关节轴线自适应设计与尺度综合

针对目前外骨骼膝关节与人体膝关节旋转轴线不重合,人机之间存在"寄生力"的问题,提出一种混联外骨骼膝关节和一种基于李代数的运动学规划算法.利用运动学模型建立驱动器和人体运动之间的映射,对人体运动进行感知,构建关节位形空间.介绍了一种基于螺旋理论的参数选择方法,结合粒子群优化算法,以工作空间面积和全局传递指标为优化目标,优...     

一种仿人肩关节的运动学和工作空间分析

针对人体肩关节的结构特点,提出了一种以球面5R并联机构为原型的仿人肩关节。通过Paden-Kahan子问题思路,推导出了该并联机构的位置反解。基于螺旋理论和指数积公式,并结合直接法和虚拟机构法,给出了少自由度非对称型并联机构的运动学分析方法,得到了该并联机构的速度雅可比矩阵。应用多参数的迭代抽样优化方法,分析了工作空间评价指标与结构参数之间的关系,同时考虑加工装配工艺,最终选取了一组较合理的结构参数。研究结果表明：所提仿人肩关节结构紧凑、工作空间大,且符合人体肩关节活动特点。     

蒸汽发生器检修用六轴机械臂无碰撞路径规划研究

文中建立了蒸汽发生器检修用的特殊结构的6轴机械臂的运动学模型,并针对该机械臂的特殊结构及工作环境推导了一种方便的运动学求解方法.在此基础上给出了基于人工势场序列的无碰撞路径规划求解算法.仿真结果验证了算法的可行性.     

汽车覆盖件模具抛光机器人运动学方程的建立及求解

从机器人在汽车覆盖件模具抛光中各杆件和关节的运动情况入手，探讨了机器人的空间位置和姿势，对抛光机器人运动学方程的建立和求解作了详细的分析。     

由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人步态规划和稳定性分析

针对四足机器人研究中的承载能力低、行走平稳性差问题,设计了一种由2自由度并联髋关节构成的脊柱式四足步行机器人。采用解析几何法和坐标变换法对机器人站立腿和摆动腿进行运动学建模,根据足端位置逆解求得了髋关节变量,进而提出一种无膝关节四足机器人的直行步态、定点转向步态和爬楼梯步态规划方法。基于运动学模型和步态规划方法,通过数值仿真分别得到步态周期内瞬时稳定裕度数据和重心高度变化数据,结果表明四足机器人有较好的稳定性。机器人步态试验验证了该步态规划方法的合理性和有效性。     

平面二自由度并联机器人结构优化与操作空间选择

针对毛坯锻造自动化生产等对高节拍低精度往复运动的搬运操作需求,提出一种基于平面双滑块机构的二自由度并联机器人。由平面上互相平行的2个直线运动滑块驱动机器人末端实现竖直平面内的物料搬运运动,建立机器人运动学模型,基于灵巧度和全局性能指数进行机器人结构参数设计,同时兼顾运动周期与运动精度,获得机器人操作空间。实验分析结果表明：机器人工作周期为1.5 s,竖直位移为245 mm,末端轨迹精度为±1.5 mm,证明机器人具有良好的运动精度和足够的运动位移,以及良好的工作效率。     

六足机器人爬楼步态与仿真

为提高六足机器人对楼梯障碍物的适应能力,设计一种半圆型腿式的六足机器人。根据机器人的结构特 点,规划了六足机器人爬楼梯中的四足步态。基于步态规划,分析和建立了四足步态的运动学模型。通过对各条腿 的支撑相角度和摆动相角度的调整,用 ADAMS 软件对机器人进行了动态仿真。仿真结果表明：六足机器人结构设 计合理,在四足步态下能实现连续爬楼梯,且机器人的机体质心位移曲线在时间上连续光滑,验证了运动学模型的 有效性。     

军用轮、腿混合四足机器人设计

为设计一种可以在迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式之间灵活转换的轮、腿混合四足机器人,提出一种采用3-PUPS机构的超冗余、可变胞并联机械腿,其构型可以通过伺服电机的抱闸锁定实现变胞变换,从而使机械腿能根据任务需求实时改变自身构型和性能。在建立机械腿3-PUPS机构的运动学和静力学模型基础上,通过定义运动学和静力学性能评价指标,分析了机械腿尺寸参数对其各性能评价指标的影响规律,从而确定机械腿一组使机械腿运动学和静力学性能较为均衡的结构参数,并研制出机械腿的实验样机。建立轮、腿混合四足机器人整机的通用运动学模型,定义机器人整机的性能评价指标,分析机器人整机尺寸参数对其各性能评价指标的影响规律,并确定整机尺寸参数值,在此基础上完成了轮、腿混合四足机器人整机的设计方案。通过一套专用机器人标定系统对机械腿的实验样机进行位姿测量实验。研究结果表明：机械腿运动平台的实际运动沿x轴方向最大偏差为0.041 mm,沿y轴方向最大偏差为0.040 mm,沿 z轴方向最大偏差为0.040 mm;绕z轴姿态角最大偏差为0.041°,绕y轴姿态角最大偏差为0.043°,绕x轴姿态角最大偏差为0.045°;机械腿实验样机达到了通用式工业机器人的精度水平。     

基于肌电信号和极限学习机的下肢关节运动预测

为判断下肢障碍患者的运动意图,通过外骨骼进行康复训练,分析表面肌电信号与下肢关节运动的关系。 提取表面肌电信号的均方根(root mean square,RMS)、绝对值均值(mean absolute value,MAV)、波形长度(waveform length,WL)和方差(variance,VAR)作为特征输入信号,采用极限学习机(extreme learning machine,ELM)建立表面 肌电信号与下肢关节角度之间的映射关系;对输出结果进行优化滤波以降低模型的误差,实现对下肢膝关节角度连 续变化的预测。与传统的反向传播(back propagation,BP)神经网络、径向基神经网络预测结果进行对比,结果证明： 极限学习机在通过表面肌电信号预测下肢关节角度变化中有更高的精度。     

导弹虚拟操作训练系统中虚拟手的控制

基于逆向运动学的操作训练系虚拟手控制算法,根据手臂末端的位置与方向计算出各关节的角度值.先规定约束条件,得到相对于肘关节的腕关节局部坐标值.用Vega函数得到肘关节初始状态坐标值,测量腕部的空间位置.计算此时肘关节的位置,得到肩部关节点值.判断是否符合约束条件.最后导出手部碰撞检测及数据手套对虚拟手手指间关节夹角的控制方法.     

基于地磁与卫星组合的高旋弹丸滚转角高频测量及系统误差计算研究

为了研究地磁与卫星组合测量的系统误差并提高其测量频率,利用高旋弹丸的飞行特性,建立了基于小攻角及单轴旋转假设的弹丸滚转角及其角速率的高频测量方法,并推导了其滚转角及其角速率计算的系统误差方程。通过建立以俯仰角为变量的仿真模型,完成了组合测量系统在全域范围内实时变化的系统误差计算。经6自由度(DOF)外弹道仿真验证,在排除弹轴与地磁矢量的较小夹角区域后,其整体滚转角误差小于±5°,角速率误差小于±5°/s. 在中小射角发射条件下,地磁与卫星组合的滚转角计算方法能够满足高旋弹丸的高频高精度的滚转角测量。