施釉机器人灵巧度分析

根据卫生陶瓷内外表面喷釉作业对机器人的要求,开发了一种手把手示教型串联关节施釉机器人机构。利用D-H法建立连杆坐标系,对机器人结构进行运动学分析,用矢量积的方法构造出雅可比矩阵,求得机器人的灵巧度,分析出最优结构。     

关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。     

3-RRR球面并联机器人运动干涉检查及工作空间研究

为了将3-RRR球面并联机器人用于空间定位跟踪的执行机构,以欧拉角描述机器人末端动平台的姿态,建立机器人位置方程,得到了关节转角的表达式.用几何分析的方法给出了机器人具有姿态空间的必要条件以及各关节必须满足的结构约束.将球面机构的连杆表示为球面上的大圆弧,连杆发生的运动干涉表现为两连杆圆弧的相交,采用球极映射的方法将代表连杆的空间圆弧映射为平面曲线,从而使得空间圆弧求交点问题简化为平面曲线求交.同时,考虑并联机器人在动平台的每个姿态下具有多种位置和每个连杆具有两侧边界的实际情形,提出了判别并联机器人发生运动学干涉的准则和流程.在实例中,以机器人各分支同时具有满足关节结构约束条件的运动学解为目标,探索出机器人姿态空间,进一步对姿态空间每一点进行运动干涉判别,得到了连杆运动干涉在姿态空间的分布.     

桥梁检测轻质长臂机器人的设计与研究

针对高墩、大厚度、宽幅桥梁主梁的快速、便捷检测需求,设计了一种桥梁检测轻质长臂机器人.在桥梁检测轻质长臂机器人机构分析与结构设计的基础上,建立桥梁检测轻质长臂机器人运动学模型,进行运动学反解.根据运动特性分析,规划桥梁检测轻质长臂机器人长臂关节的运动,实现视觉检测云台的位姿调整.通过运动仿真计算,得到桥梁检测轻质长臂机器人各关节参数的规划值.     

六足机器人机构优化设计及运动仿真分析

针对多连杆组合机器人驱动复杂性问题,对一种齿轮—连杆组合机构的六足机器人进行优化设计。采用优化算法对腿部各连杆尺度进行了优化分析并进行了运动学仿真,在相同工况下分别对机器人直线行走、曲线行走以及直线—曲线行走的质心轨迹、关节的角速度、角加速度进行分析并对比优化前与优化后实验数据。实验结果表明,六足机器人机构设计符合实际情况,模型优化的合理性与准确性得到进一步验证,进而为以后多足机器人更深入研究奠定基础。     

肖像机器人运动学建模与路径规划

针肖像机器人绘画问题,为探讨和研究肖像机器人运动学和插值方法,利用各关节连杆的相对关系得到了正、反运动学描述。首先,规定了Home初始位,同时利用MDH法建立了坐标系,分析了其结构及连杆参数。然后,利用MATLAB数学工具箱验证了运动学求解算法的正确性。最后,讨论了双三次插值在机器人路径规划中的应用,利用该算法对示教路径进行插值以消除了机器人运动过程中的不连续现象。实验结果表明,运动学算法和插值算法具有很好的鲁棒性。     

面向直接示教的机器人零力控制

提出基于力矩控制的零力控制方法应用于机器人直接示教。针对机器人连杆重力矩和关节摩擦力矩难以直接建模计算,分析机器人关节力矩与连杆自重、关节位姿、负载大小、库仑摩擦力、黏滞摩擦力等因素的关系,提出基于自测量的重力矩及摩擦力矩计算方案,并给出重力矩、摩擦力矩求解所需参数的具体测量方案。在自行研制的直流电动机驱动机器人样机上验证所研究补偿算法,力矩补偿效果明显。与现有基于位置控制的零力控制方法相比,该方法无需多维力传感器,系统简洁、成本低、示教灵活,为各类运动轨迹复杂的机器人示教开辟了新途径。     

混联仿生机器狗构型研究

仿生机器人研究是机器人学研究的热点之一,由于多年的进化,生物的各关节运动一般难以用机械结构完全实现。为克服目前仿生机器人普遍存在的刚度低、肢体功能弱等不足,以机器狗为研究对象,结合狗的基本行为特征和各关节的生理结构,将各关节的主要功能进行排序,并提出重要性/权重法作为机器狗设计中简化各运动关节的依据;据此分别运用并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ、RGRR-Ⅱ以及单自由度转动机构设计机器狗的各关节,并构造出24自由度的混联机器狗。所设计的混联机器狗具有结构简单、制造容易、刚度强、控制便捷、肢体运动灵活等优点。此研究思路和方法,对其他类型的仿生机器人设计有借鉴作用。     

可重构环保机器人模块设计

设计了一个可重构机器人模块系统,该系统由行走模块、连杆模块、关节模块、末端执行模块等子系统组成。各子系统中有多种结构及尺寸的模块,能根据工作要求选择不同的模块组合构成所需的机器人,满足实际工作要求,从而达到快速设计制造机器人和降低制造成本的目的。     

2自由度手臂康复机器人运动学及动力学分析

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。     

双足机器人的动力学分析与仿真

根据对双足行走机器人的结构和步行步态的分析,将其简化为七连杆机构,并建立了运动学和动力学方程,在设定的双足机器人行走步态条件下,计算出其运动过程中各关节的运动轨迹及所需扭矩,并对其步行时步态的稳定性和各个关节扭矩进行了分析和比较,揭示了双足机器人行走时各关节所需扭矩之间的配比关系。     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

钢丝绳传动四自由度机械臂的机构设计

提出一种用于物流系统的四自由度机械臂解决方案,并对该机械臂的工作原理和具体设计进行了详细讨论.该机械臂主要由一种简洁高效的钢丝绳传动机构构成,它将驱动装置安装到远离相关关节的基座上,使得整个机械臂的结构紧凑、整洁,在减轻机械臂整体重量的同时提高了对外做功的能力.此外,还设计了一种简单并易于操作的张紧力调节装置,可以确保钢丝绳处于充分的张紧状态,从而克服了钢丝绳传动精度不高的问题.     

新型三平移并联机器人主动副等效干扰力矩分析

新型三平移并联机器人具有较高的实用价值。基于其位置分析及动力学分析，求解了该机器人动平台在各种平移运动时各支路主动副主要等效干扰力矩，并通过Matlab仿真，给出了分析结果。仿真表明，其主要等效干扰力矩的计算量远远小于直接采用动力学方程关系的计算量，因此可用于各支路主动关节的实时控制。克服了各支路分别单独控制时一般难以预先考虑其他支路干扰作用的缺陷，从而为实现该并联机器人的高精度实时控制奠定了基础。     

Collision detection in the robot simulation system SMART

All over the world there exist several simulation systems, of varying degrees of sophistication, for robot working cells. These systems can also perform respective operations for the analysis of situations in the robot work cell, such as output of the actual parameters of all joints of the robot, graphic/display options and collision detection algorithms. A systematic analysis of existing robot simulation systems showed that only a very few of them are able to perform a collision test. Although, in the field of computational geometry and computer algebra, there exist several approaches for doing collision checks, most of them seem to be not at a stage at which they can be really implemented or efficiently used. In this paper we describe algorithms for static and dynamic collision detection, and its implementations in the frame of the robot simulation system SMART.     

基于LabVIEW的四自由度机械臂运动控制系统设计

采用NI公司的LabVIEW8.2作为开发平台,通过ADLINK支持LabVIEW的PCI-8134四轴运动控制卡,以及PCI-9114DG数字输入输出与模拟输入接口,来实现对于机械臂4个自由度的驱动控制,短期内实现四自由度机械臂(3台交流伺服电机、1台微型直流电机)的变参数同步运动控制,为钢丝传动机构的控制提供应用解决方案.     

Dynamics synthesis and control for a hopping robot with articulated leg

To investigate the design and the applications of elastic underactuated mechanisms for improving the energy efficiency of dynamic mechanical systems, the dynamics and control of a one-legged hopping robot with articulated leg is studied in this paper. To ensure the controllability of the elastic underactuated mechanism, a dynamics synthesis method is proposed for designing the underactuated mechanism so that the dynamics of the system can be transformed into the strict feedback normal form. To improve the energy efficiency of the one-legged locomotion system, an optimal motion planning method is presented to optimize the trajectories of the robot joints. A nonlinear controller is proposed to stabilize the hopping robot to its balance configuration in stance phase, and a switched linear controller is proposed to stabilize the continuous hopping movement. The stability of the presented controllers is analyzed in theory and verified by some numerical simulations.     

机器人手臂的新型弹簧平衡机构

介绍一种用于机器人手臂平衡的新型弹平衡机构的结构设计与分析方法。与过去的弹簧平衡机构形成互补，从而扩大了弹簧平衡机构的使用范围。新机构特别适用于类似美国ＰＵＭＡ型机器人大臂的平衡上。在新研制的喷浆机人主手手臂上得到了应用。     

Study on a ultra-light dual revolute manipulator with high joint torque

This paper details a study performed on a new proposed twelve degree-of-freedom dual robot arm, which is very light but capable of handling heavy loads. The proposed robot arm has a higher value for the ratio of the load capacity/robot weight than conventional robot arms, which are actuated by motors with speed reducers, such as a harmonic drives, since it adopts a new type of robot actuator based on a closed chain mechanism. Because of the high value of the ratio of the payload capacity/robot weight, it can be used as a robot arm for mobile robots and for walking robots. Analyses of the design scheme and of the mechanism of the joint actuator used for the robot arm are presented. Also, the control system developed for the robot arm is introduced. The superior characteristics of the new proposed robot arm, handling heavy payloads with light weight links compared to industrial robots, are presented through carrying out various payload capacity tests. Since the robot arm is designed with light links, it has some deflections and these deflections of the links are analyzed using the Finite Element Method (FEM). The results of performance tests are presented to check the correctness of the FEM analysis and to demonstrate the actual capability of handling heavy payloads applied to the robot arm.     

平面复铰运动链类型综合的新方法

根据平面闭式运动链中复铰数目与总边数变化的对应关系，研究了复铰因子及其变化范围，然后按链节开放副间的边数综合法综合出了含复铰的８杆平面运动链的类型。方法比较简单直观。文中对两自由度７杆运动链的复铰型式也进行了探讨，从而验证了该方法的通用性。