六自由度机械臂的运动学分析和轨迹规划研究

针对现有六自由度机械臂在完成对目标物体抓取的过程中运动轨迹偏差较大和不平稳的问题,以六自由度机械臂为研究对象,并在SolidWorks平台下建立三维模型。运用D-H法建立运动学模型,完成正运动学分析,并利用数值法确定机械臂在空间中的活动范围。采用五次多项式插值算法对六自由度机械臂的运动轨迹进行规划,并在MATLAB软件环境下仿真得到机械臂末端点从起始点到目标点在空间中沿三坐标轴的位移变化曲线和运动轨迹。研究结果表明,六自由度机械臂机械结构参数设计合理,在两点之间采用五次多项式插值算法对机械臂运动轨迹进行规划,所得运动轨迹曲线连续平滑,没有跳变点,具有一定的应用价值。     

基于D-H法的移动碎石车工作装置运动学分析

为了提高井下移动碎石车的设计精度,同时探讨更有效的运动学研究方法,以碎石车工作装置为研究对象,建立碎石车工作装置机构简化模型,采用D-H法建立运动学数学模型,并进行运动学分析,求解工作装置主要作业尺寸和工作范围包络。利用MATLAB软件编写碎石车工作范围通用程序,绘制工作空间图,为设计人员提供了设计基础数据。     

井下排爆机器人机械臂运动学及工作空间的分析

工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析井下排爆机器人机械臂的工作空间。给出了机械臂的基本结构,并对其运动模型进行简化;对机械臂进行了运动学分析;采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析该机械臂的工作空间,给出了机械臂末端的工作空间点云图。结果表明,排爆机械手工作空间内部工作点密集且分布均匀,能够满足作业要求。蒙特卡洛法求解速度快,能够简单而又形象地描绘出机械手的工作空间。     

六自由度矿用机械臂的运动学分析

针对所设计的的六自由度矿用机械臂运用D-H方法建立运动学模型,在MATLAB中进行运动学分析;通过蒙特卡洛方法对其进行工作空间分析,得到机械臂工作空间云图;采用三次插值的方法对机械臂进行轨迹规划。结果表明,机械臂参数设计合理,工作空间直观准确,为机械臂进一步优化提供了参考依据。     

6R选矸机械臂运动学仿真分析

提出一种通过抓取非煤物质实现煤矸分离的6R选矸机械臂。运用D-H方法在直角坐标系下建立其运动学模型并完成运动学方程的推导,得到机械臂末端执行机构位姿和关节旋转角度的关系。利用Monte Carlo法完成对机械臂工作空间的求解,并利用MATLAB和ADAMS在工作空间内进行运动学联合仿真,得出各关节角度变化曲线和末端执行机构质心位置变化曲线。结果表明,6R选矸机械臂的结构设计合理可靠,所求解出的运动学理论方程准确,满足机械臂从点A(0.1028,0.0975,0)运动到点B(0.0828,0.0775,0.030)的需求。     

矿用巡检机械臂运动学及工作空间分析

针对地形复杂的矿井工作环境,提出一种矿用巡检六自由度机械臂,以进行危险环境下的样品采集等工作。研究该矿井巡检机械臂正运动学、工作空间、轨迹规划问题,通过改进Denavit-Hartenberg方法建立六自由度巡检机械臂正向运动学数学模型,利用MATLAB机器人工具箱建立巡检机械臂仿真模型,验证所建立正向运动学数学模型的正确性,进而采用蒙特卡罗方法对机械臂工作空间进行研究,由工具坐标系的随机概率位置向量得出机械臂工作域,对工具坐标系的工作空间云点图进行绘制,同时通过MATLAB轨迹规划仿真研究机械臂运行过程中末端执行器位移变化。     

混联二自由度机械臂的运动学研究

提出了一种混联机械臂,该机械臂是串并联混合机构,具有串联机构工作空间大和并联机构承载能力高的优点,可以实现较大活动空间内对重物的搬运仓储。对该机械臂进行了自由度分析,得到该机械臂的自由度为2,具有平面内的一个移动和一个转动自由度。基于几何解析法分析了该机构的运动学正反解,并且给出了5组正反解分析数值算例,验证了正反解分析的正确性。     

含不确定性参数的锚杆钻机机械臂运动学误差分析

矿用锚杆钻机广泛用于井下顶板和侧帮的打孔和支护,极大地缓解了掘锚失调的问题。为此以机械臂为研究对象,对含有不确定性区间参数的机械臂运动学进行了误差分析。由于传统微分法对机械臂运动学误差分析存在很大的局限性,故将Chebyshev扩张函数算法应用在求解含不确定性区间参数的机械臂运动学中。具体方法是采用了扫描法(SAS)、张量积(CTP)、与配点法(CCM)3种代理模型对含有不确定性参数的机械臂运动学正解矩阵进行响应区间的包络研究,3种代理模型在CPU时间消耗上均有所减少。其中配点法(CCM)的优势较为突出,与原始计算方法相比时间消耗减少了97.65%。同时也将理论值和3种区间代理模型计算出的上、下边界响应值进行了对比。结果表明配点法(CCM)、扫描法(SAS)计算出的边界值与理论值更加接近,产生较小范围的误差。最后在样机上对所提算法进行验证,紧密的包裹效果验证了本文提出算法的精度和有效性。其中扫描法(SAS)和配点法(CCM)这两种代理模型在上下边界值的求解中拥有较小的保守估计,张量积法(CTP)代理模型则在局部求解中获得较好的估计。对含有不确定性参数的响应区间研究,成为了预测机械臂空间轨迹跟踪和定位的新方法,确保机械臂的预测误差值最小。同时也为实现机械臂的最优结构的设计和高速、高精度的控制,提供一定的理论指导。     

基于D-H法的液压挖掘机工作装置作业空间分析

为了计算液压挖掘机的作业空间,将挖掘机工作装置视为取物机器人的手臂,用D-H法对其作业空间进行描述。与虚拟样机技术相比,D-H法无需建立挖掘机工作装置的虚拟样机,只需要根据挖掘机工作装置各铰点之间的设计尺寸及转动范围,即可对挖掘机的作业空间进行计算,使设计人员在设计初期就可以判断设计方案的合理性。     

煤矿巷道修复机机械臂运动学建模及仿真

以WPZC-150/2100L型巷道修复机为研究对象,采用几何法和D-H法建立了巷道修复机机械臂的数学模型,使用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,并使用ROS中的MoveIt功能包求逆解及路径规划,通过rviz实时显示机械臂的位置并控制其运动。将路径规划的结果传递给控制器,实现了液压机械臂的控制。     

井下装药车自动装药系统机械臂运动学仿真分析

根据井下装药作业的特点,提出了一种适合井下装药车自动装药系统的装药机械臂。设计了机械臂的连杆结构形式,分析了机械臂的运动学,采用MATLAB对机械臂的运动学进行了仿真。仿真结果表明:装药机械臂的连杆结构参数合理,可以满足稳定运动的运动学要求。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

锚杆钻车三角钻臂的运动学研究

针对锚杆钻车三角钻臂运动控制问题,首先根据锚杆钻车三角钻臂的实际结构建立其简化模型,运用两步法和代数法对其进行正逆运动学求解;然后利用在两支臂缸处建立坐标系的方法求出所需点的空间坐标,以此计算出两支臂油缸伸缩量的精确算式,并提出了验证方法。最后通过SolidWorks和MATLAB软件对三角钻臂正逆运动学及支臂缸伸缩量公式进行了验证,确保了计算过程的准确性。     

新型巡检机器人的结构设计与运动学分析

阐述了一种新型的110kV输电线路巡检机器人,对其机械结构进行了介绍。基于D -H法推导了该机器人的运动学方程。线路运行试验证明,该机器人具有跨越所有线路障碍的能力。     

基于MATLAB的钻臂垂直工作轨迹分析

使用SolidWorks软件建立了D7型全液压露天凿岩钻车钻臂的三维模型,采用机器人D-H理论与方法,对钻臂的垂直工作轨迹进行分析,将其工作轨迹划分为7个过程,得到每个过程的限制条件,并列出方程。使用MATLAB对方程解析,绘制轨迹曲线,并分析其曲线特性。该方法对了解钻臂的工作范围和危险区域有良好的理论指导价值。     

基于ANSYS的煤炭取样机械臂多目标优化设计

对煤炭采样机械臂结构进行设计,建立了基于ANSYS的有限元模型;确立取样机械臂危险工况,并针对此工况进行了结构应力与应变计算与分析;在满足强度和刚度的情况下,基于ANSYS对机械臂进行了多目标参数优化;优化结果表明材料节省了7%,同时力学特性校核结果也表明强度与刚度均满足指标要求,为煤炭采样机械臂研发提供重要设计依据。     

基于机械臂的空间水射流切割系统的设计与仿真

笔者以水射流切割机床机械臂为研究对象,基于SolidWorks软件建立了四轴空间水射流机床机械臂的模型,应用ADAMS软件的运动仿真功能,对4自由度机械臂的运动特性进行了仿真分析。仿真结果表明,应用四轴机械臂的空间水射流切割系统可完成空间复杂曲线运动,从而实现三维加工,如圆锥体、圆锥齿轮及螺纹等。通过增加摆动臂来解决水射流切割过程中的锥度补偿,提高了切割几何精度。     

六自由度液压换刀机械臂的设计与分析

为提高盾构机换刀的效率、降低换刀成本和危险系数,设计一种盾构机用六自由度液压换刀机械臂。阐述了该机械臂的整体设计方案并对其进行运动学建模,通过仿真验证了运动学模型的准确性,并获得机械臂的作业范围和机械臂各关节运动曲线。结果表明,所设计机械臂的活动范围较大,且各关节运动平稳性较好,结构设计合理,为机械臂的智能化控制研究提供理论支持。     

煤矿抓管机器人冗余机械臂逆运动学求解算法

设计了一种煤矿抓管机器人,介绍了机器人的系统组成、核心参数和主要功能;在煤矿抓管机器人及其液压机械臂的结构特点和工作方式基础上,研究了基于固定角度法和搜索方法的机械臂逆运动学求解算法,分析了冗余机械臂的逆运动学求解原理,并给出了算法实现的详细流程。仿真结果表明：逆运动学求解得到的关节角序列能够驱动机械臂末端运动到目标位姿,求解过程可靠,验证了算法的有效性;相较现有其它逆运动学求解算法,该算法具有显式数学表达式,进而算法部署成本低。