基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

针对具有形变特性的柔性机械臂,在运动过程中存在末端不易定位控制或定位精度低的问题,设计了一种线驱动柔性机械臂样机,通过分析其运动机理推导末端位置空间、臂体形态空间以及驱动空间三者之间的逆运动学关系;然后,提出了基于逆运动学模型的柔性机械臂末端定位控制方案;最后,利用CoppeliaSim仿真平台建立了柔性机械臂仿真模型,并在该仿真平台中应用逆运动学关系进行柔性机械臂运动控制过程中末端定位仿真分析,仿真结果验证了所建立逆运动学模型的有效性及基于该模型的柔性机械臂末端定位控制方法的合理性.     

三杆柔性机械手运动学分析及仿真研究

在平面内运动的三杆柔性机械手运动学方程的建立是对其动力学分析和进行准确控制的基础.应用浮动坐标系,矢量法和D-H变换矩阵法建立了机械手的运动学模型,通过机械手各构件关节变量求解出机械手末端执行器的笛卡尔坐标空间位姿.使用Matlab软件对机械手末端运动轨迹和角度变化等进行了仿真实验,证明了柔性机械手弹性变形在空间准确定位中的影响,提出了一些减小误差的方法,为进一步研究柔性机械手较为精确的动力学和控制模型奠定了良好的基础.     

适应于水下抓取作业柔性臂的设计与试验研究

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足，为此，文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动，实现了一个电机控制两根驱动钢丝，并减少实际所需电机的数量；采用几何分析法建立了柔性臂驱动绳长、关节弯曲角度与末端位姿的运动学关系，并建立柔性臂运动学模型；采用MATLAB软件进行手臂运动仿真，得到柔性臂的仿真姿态与工作空间；通过ADAMS软件对柔性臂进行运动仿真，验证了算法的可行性，确定了手臂关节的最优尺寸。制造出实物样机，对其手臂动作灵活性、柔顺性进行测试，完成了气密性试验和水密性试验，并成功在水下环境对目标物进行抓取，验证了柔性臂机械系统结构的可靠性和可行性。该柔性臂不仅能满足水下环境抓取作业需求，还可以应用于各种受限空间、危险场景的抓取和检测作业。     

一种5自由度机械手的运动学分析

针对所设计的W-5D型水下采样机械手,利用D-H法建立其参数和正运动学模型。由机械手的相邻3个关节轴线相互平行的结构特点,在常用的反变换法的基础上引入几何法,得到了逆运动学的封闭解,解的结构简明并且易于操作,满足了机械手对水下作业环境的逆解要求,为机械手的运动规划和轨迹控制提供了依据。使用MATLAB Robotics Toolbox建立机械手的仿真模型。工具箱内部提供的ikine函数已是获得工业机器人逆解的重要方法,通过与ikine函数所得结果的对比分析,验证所求得封闭解的可行性和优越性。     

三指水下作业机械手运动学分析

介绍了一种结构优化设计方法。该方法从仿生学的角度对三指水下作业机械手手指结构进行了优化设计，在此基础上分析建立了三指水下作业机械手单个手指的运动学模型以及每个手指的雅可比矩阵，并对抓持状态下各手指的运动姿态进行了仿真分析。通过具体实验验证了运动学模型的正确性，为进一步研究机械手的轨迹规划、控制等问题提供了理论依据。     

真空手套箱过渡室自动化设计

生物自动化实验中，存在传统手套箱孔板易侧翻、过渡室舱门需要人工判断气体成分是否稳定，及过渡室内物品无法平稳移动等问题。针对以上问题，设计新型手套箱系统，针对手套箱过渡室进行重新设计并增加辅助机械臂。为适应现代实验室对采样的需求，在所设计的手套箱系统的过渡室内引入直线电机传输系统，以电缸驱动舱门开闭；设计定位夹具对试剂板进行放置与运输，并采用倒置机械手进行内部物品的抓取与摆放；对整体系统的控制硬件以及工艺流程进行设计，通过多种传感器实现过渡时的高度自动化；从控制层面对系统进行分析，运用D-H法对机械臂进行运动学分析并通过MATLAB对机械臂空间可达性进行分析。结果表明：所设计的系统具有可行性，能够避免误操作，实现高度自动化，适用于大部分生物实验室。     

全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制

针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手,首先通过对机械结构和运动特性的分析,建立一体化运动学模型,并利用拉格朗日力学法建立动力学模型,分析这两种模型的运动性质.然后根据所建立的模型,分别设计轨迹跟踪控制器,并对控制器的稳定性予以证明.在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中,通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型,定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用,并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿.仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性,而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法.     

热加工用机械手末端轨迹跟踪控制方法研究

分析机械手横纵向移动、旋转和伸缩等不同动作的动力学,利用拉格朗日法构建机械手动力学模型,以此计算热加工作业时机械手末端移动轨迹误差。考虑机械手移动惯性、重力和向心力角位移等多重因素,设计前馈控制器,将移动轨迹点作为神经网络训练集,通过多次迭代完善轨迹点数据库,利用距离加权法修正轨迹点值,通过控制机械手末端惯性问题完成机械手末端轨迹跟踪控制。仿真实验证明,所提方法路径跟踪误差小,控制稳定性好、响应快,可适用范围广。     

高抓取能力人工肌肉型柔性机械手设计与验证

针对现有柔性机械手抓取范围有限，负载能力小的问题，基于弯曲型人工肌肉设计了一种安装角度可调的四指柔性机械手。基于能量法进行了弯曲型人工肌肉的静力学分析与验证，单根执行器最大弯曲角度可达151°，最大输出力为3.2N，执行器静力学模型平均误差分别为5.25%和8.13%。进一步，基于设计的四指柔性机械手，针对不同形状和大小的物体完成了抓取实验。结果表明，机械手最大抓取物体质量为1 050 g，最大尺寸为φ226 mm，在抓取实验中单根执行器最大弯曲角度为93°。设计的机械手具有稳定的抓取性能，能够实现日常物品稳定的抓取。     

基于奇异摄动的柔性机械手预测控制

讨论了柔性机械手末端位置的控制问题。采用奇异摄动方法将柔性机械臂系统动力学方程分解为慢变(刚性 )和快变 (弹性 )两个子系统。给出了一种预测控制与 I/ O反馈线性化相结合的混合控制方法。该方法采用预测控制消除柔性机械手的弹性振动 ,可避免逆动力学和 I/ O反馈线性化控制遇到的零动力学不稳定问题。通过一个柔性机械手的仿真表明 ,本文提出的控制方法可实现柔性机械手末端轨迹的准确跟踪 ,同时能消除柔性机械手的弹性振动。     

数控机床几何误差特性及其测量方法研究

分析了数控机床几何误差和定位误差的异同。指出了数控机床定位误差测量的前提条件是误差值要表示为指令位置点坐标的函数,从而进一步明确了数控机床满足这一条件的基本要求。在此基础上,提出了数控机床末端定位误差的基本特性是相对性、位置依赖性、连续性。并用试验的方法验证了以上特性,为数控机床的误差测量、误差补偿提供了理论依据和实践方法。     

基于UG二次开发的叶轮刀位轨迹生成

整体叶轮型面的复杂性,导致造型和数控编程都有一定的难度.基于UG基础开发平台,根据全局干涉刀位修正原理,编制了无干涉刀位轨迹算法,开发出干涉较严重的微型叶轮类零件的5坐标加工程序.通过实验证明,无干涉刀位轨迹算法是可行的,且基于UG平台开发的算法计算速度快,操作方便,精度易于控制.     

一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

机械制造业数控机床几何误差自动控制

为了降低数控机床几何误差,提升加工精度,提出机械制造业数控机床几何误差自动控制方法。通过激光跟踪仪辨识机械制造业数控机床的几何误差,采用快速定位补偿算法与圆弧插补补偿算法相结合的方法补偿数控机床几何误差。利用计算机辅助制造软件生成刀位文件,依据刀位文件生成数控机床加工程序,通过补偿控制器生成数控机床各轴运动的控制指令,数控机床伺服系统接收控制指令后,自动控制数控机床各轴运动,以达到数控机床几何误差自动控制的目的。实验结果表明,采用该方法自动控制数控机床几何误差后,方向与角度的几何误差分别低于0.03 mm与0.1°,实际应用效果较好。     

加工中心远程控制系统的设计与开发

针对加工中心远程控制的要求,提出了增加外置控制器并修改机床PLC程序的实现方法,经过系统必要的硬件连接和软件编程,在计算机上实现了机床的起动、复位、加工程序选择以及运行状态实时监控等功能,开发的系统具有良好的扩展性能,目前已成功应用于产教结合型柔性制造系统(FMS)。     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

基于实时测量的2DOF挠性操作臂的模糊逆动力学控制

针对一２ＤＯＦ挠性操作臂,对其轨迹跟踪控制进行了研究。基于刚性化假设,建立挠性操作臂的动力学运动方程,一集成激光传感系统用时测量杆臂的挠性变形;设计了一个通过模糊逻辑单元调整控制参数的逆动力学控制。会集实验结果验证了控制器的性能。     

大型圆柱壳体装配平台测量系统的误差标定方法

为了保证大型圆柱壳体装配平台的制造精度,设计了适用于大型壳体尺寸采集的测量系统,并对其进行了误差标定。首先,根据机构形式和受力情况,分析了系统的误差来源,采用修正 D-H 参数法建立了包含系统几何参数误差和柔性误差的误差模型。其中,柔性误差由立柱和机械臂的弯曲产生。其次,在误差模型建立完成后,提出了测量系统误差参数的计算方法:使用控制变量法进行多组实验,计算得到了立柱的柔度参数和机械臂弯曲偏移角,通过迭代最小二乘法辨识出几何参数误差,经三次样条插值得到了整个工作空间内的立柱柔度参数和机械臂弯曲角,并对系统误差进行了补偿。最后,通过实验验证了误差标定算法的有效性。     

数控机床几何精度综合解析与试验研究

以对机床精度影响较大的几何误差为对象,通过理论与试验相结合,对其进行较深入的研究。基于多体系统理论,综合考虑各轴定位误差、直线度误差以及角度误差等几何误差元的耦合作用,提出一种机床综合误差建模方法,并在机床坐标系下建立三轴数控机床综合误差模型。通过利用激光干涉仪的大量试验得出定位误差、直线度误差以及角度误差曲线,分析证实定位误差相对于直线度误差和角度误差影响更为显著。以此为基础,进一步研究工作空间综合误差在各轴各误差元耦合作用下的分布和演变规律,发现综合误差在某轴向的分量与该轴的定位误差非常接近,给出定位误差是影响综合误差的决定性因素的结论。机床几何精度的分析对于机床精度补偿方法的选取与运用具有理论和实际意义。     

六自由度上料机械手控制系统的设计与测试

为了对自动化生产线上料工位的六自由度机械臂进行控制,在IAP15W4K58S4单片机最小系统的基础上设计了机械臂控制电路,主要包括电源接口电路、程序下载电路和无线信号收发电路.采用模块化程序设计思路,编程实现了A/D转换、串口通信、舵机脉宽调制控制等功能.利用Proteus进行了脉宽调制控制程序仿真,通过正交试验对机械...