六自由度机械臂轨迹规划的研究

为对六自由度机械臂进行轨迹规划,首先确定对六自由度UR10机械臂进行运动学建模,以齐次变换表述机械臂位姿,在此基础上采用D-H参数法对该机械臂进行位姿分析,并建立UR10机械臂运动学的数学模型.通过MAT-LAB机器人工具箱建立模型并对其进行仿真研究,得到其关节位置、速度及加速度的变化图和末端轨迹,最后通过五次多项式插...     

变截面线驱动柔性机械臂运动学建模与分析

针对柔性机械臂末端体积大难以适应微小空间操作的缺点,设计了一种变截面线驱动柔性机械臂,其末端直径较小,可顺利进入各种微小腔体进行作业。通过分析变截面柔性机械臂圆锥外形的结构特点,采用几何分析方法,建立了正逆运动学解析模型。基于此模型,对机械臂工作空间以及线驱动量与末端位姿之间的关系进行数值分析,验证了运动学模型的准确性,为实际设计提供了理论依据。     

单目视觉双臂机器人相对位姿的快速标定

由两个独立机械臂组成的双臂机器人系统,两个机械臂分别有各自独立的基坐标系,针对此类双臂机器人基坐标系相对位姿的确定问题,提出了单目视觉双臂机器人相对位姿标定方法。将相机安装在其中一机械臂末端执行器上组成手眼系统,标定板安装在另一机械臂末端执行器上,保持安装有相机的机械臂位姿固定不动,控制安装有标定板的机械臂运动达到任意不同的拍照位置,相机拍照并同时从机器人返回并记录下每个拍摄位置的机器人参数,联立解出基坐标系间的相对位姿关系。将实验结果应用于智能变电站隔离断路器自动检修双臂机器人,证明此方法能够满足实际工作需求,便于实际应用。     

6R机器人正运动学分析方法研究

6R机器人正运动学分析是指给定各关节的关节空间变量值,求解末端执行器在工作空间的位置和姿态。利用6R弧焊专用机器人的机械本体结构,在D-H坐标系和旋量理论坐标系下建立了末端执行器的运动学方程,利用MATLAB软件求解位姿矩阵;在虚拟样机软件中建立了机器人运动学模型,进行运动学仿真得到末端执行器不同状态下的位移曲线。并将三种方法所得末端执行器的位姿进行了比较,验证了这三种方法的正确性。研究结果为后续的动力学分析、轨迹规划奠定了基础。     

线驱动连续型机械臂设计与运动学仿真

面向复杂空间环境的需求,设计了一种新型线驱动连续型机械臂。基于几何分析方法提出了一种简单的线驱动连续型机械臂建模方法,分析了单级柔性关节的关节空间、驱动空间和操作空间之间的运动学映射关系,给出了三级柔性关节的解耦运动学算法,利用改进的蒙特卡洛法描述其工作空间,并用Matlab对机械臂进行运动学仿真,通过对原理样机的实验研究验证了运动学算法的正确性,同时展示了机械臂良好的弯曲能力。     

基于MATLAB GUI的机械臂末端位姿评价系统设计与实现

针对空间机械臂末端位姿动态测量数据量大、数据处理复杂以及效率低等问题,在激光跟踪仪动态测量空间机械臂末端位姿的基础上,以MATLAB GUI为软件开发平台,设计了可视化人机交互界面,实现了空间机械臂末端位姿及速度、加速度等动态参数的快速评价。实验表明,该系统可以实现对空间机械臂末端位姿测量数据的处理,准确、高效地解决了空间机械臂末端位姿动态测量后的数据处理问题。     

基于几何学的臂部相邻三关节轴线平行的6自由度机械臂逆运动学算法研究

提出了一种针对肩、肘和腕3个相邻回转关节轴线始终平行的6自由度串联机械臂逆运动学问题求解方法。该方法能够在求解的第一步利用结构约束下的机械臂腕、手与末端三者的空间几何关系,确定目标末端位姿对应的腕部空间位置;从而将一个描述机械臂末端位姿和机械臂6个关节角度关系的六元方程组求解问题,转化成为分别描述机械臂腕部位置与机械臂肩、腕部共3个关节角度之间关系,以及描述机械臂末端姿态与剩余机械臂腕部3个关节角度之间关系的两个三元方程组求解问题,显著降低了6自由度机械臂逆运动学问题的求解复杂度。以UR3机械臂为试验对象,试验结果表明,该算法能够根据机械臂末端姿态求解其各关节角度,与采用UR3配套控制算法相比,采用该算法的UR3机械臂末端线性定位精度达到毫米级、角度定位精度达到1°。     

UR10工业机械臂位置精度及可靠性分析

针对工业机械臂在高速、高负载运行过程中存在抖动过大、定位精度不足等问题,以UR10工业机械臂为研究对象,采用ANSYS软件对其位置精度及可靠性进行仿真分析。建立了UR10工业机械臂有限元模型,设计并计算了UR10工业机械臂在某运动工况下的运动轨迹和动态应力,从而得到了机械臂在不同驱动速度下,完成相同运动状态的末端工具位置精度;分析了随机变量材料属性、外部负载和内部驱动速度对末端工具位置精度可靠性的影响。试验结果表明,机械臂内部驱动速度对末端位置精度的影响最大,其可靠性为98%。     

一种基于电子经纬仪的机械臂运动精度测试新方法研究

基于电子经纬仪首次提出了一种全新的机械臂末端执行器位姿精度测试方法。利用该方法对一种6自由度机械臂末端执行器的位姿精度进行了实测,与用激光跟踪仪所测数据进行了对比,两者之间的最大差值小于1mm,结果表明这种方法切实可行。     

绳牵引并联机器人的静刚度解析

基于微分变换和线几何理论,建立包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人的刚度模型,推导刚度矩阵的数学表达式.模型不仅考虑驱动单元、绳的弹性变形对机构刚度的影响,而且考虑机构在广义外力作用下由末端执行器微分运动所引起的结构矩阵的变化.通过线矢量的引入,分步求导模型中结构矩阵对末端执行器位姿变分的三维Hessian矩阵.模型表明,绳牵引并联机器人的系统刚度由两部分组成,其中一部分主要取决于绳的几何布置、末端执行器的位姿、驱动支链的物理特性;另一部分表达为结构矩阵相对末端执行器位姿的变分-Hessian矩阵与绳拉力矢量的乘积.大射电望远镜5m缩尺模型数值仿真与试验结果的对比验证了该方法的正确有效.     

线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真

连续型机器人是一种柔顺、灵活性高的新型仿生机器人.与串并联机器人等传统的离散型机器人由离散的关节和连杆组成的结构不同,这种柔性的"无脊椎"机器人由柔性支柱构成,而没有任何刚性关节和连杆,因此无法利用传统的D-H方法对其进行运动学分析.在分析连续型机器人不同于传统离散型机器人的基础上,利用几何分析的方法提出一种简练、直观的线驱动连续型机器人运动学算法,对其单关节驱动空间、关节空间以及操作空间的映射关系进行分析,并描述其三维工作空间.针对线驱动机器人多关节之间存在耦合影响的问题,推导线驱动连续型机器人的两关节解耦运动学.同时在Matlab下对机器人末端位置和驱动线长度变化曲线进行仿真研究,并进行原理样机试验,验证了运动学算法的正确性并展示了其运动能力.     

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题，提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法，其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状，建立其运动学模型，分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系，并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束，建立关节空间变量之间的数学关系，降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析，求解逆运动学的有效解，并研制原理样机进行样机实验，实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。     

带双目视觉的SCARA机械臂运动学分析及轨迹规划

为了解决SCARA机械臂因目标位姿变化而引起抓取任务失败问题,给出了一种基于机器视觉目标检测与定位的机械臂控制方法。通过双目相机成像模型实现坐标系之间的转换,利用计算机视觉识别及三维匹配方法,达到对目标物体定位的目的,从而确定机械臂末端执行器的期望位置。结合使用D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过运动学方程的逆解,得到末端执行器到达期望位置时机械臂各驱动关节的变量参数,然后对其进行轨迹规划仿真,得到了连续且平滑的各关节位移、速度、加速度变化规律曲线,同时使用SCARA机械臂进行装配实验。实验结果表明该系统能够准确、稳定地把物体放到目标位置,完成装配任务,从而为开发机械臂运动控制系统提供重要的参考。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

八自由度机械臂正运动学及工作空间分析

对一种八自由度机械臂的正运动学和工作空间问题进行了研究。首先,根据机械臂的结构特点,利用D-H法建立了该机械臂的连杆坐标系,得到其运动学正解;其次,利用MATLAB Robotics Toolbox建立机械臂的仿真模型,验证了机械臂运动学正解的正确性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对机械臂的工作空间进行了分析,得到机械臂末端执行器的工作空间范围,仿真结果与机械臂的设计参数相符。     

考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制

以空间3R含铰间隙机械臂为研究对象,考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制方法。首先,利用D-H坐标变换法建立不含间隙和含间隙的机械臂运动学模型,分析铰间隙对机械臂末端位姿精度的扰动影响;其次,通过所建立的含间隙三维模型并进行运动学仿真,研究其位姿误差大小;再次,基于减小误差提高精度设计模糊控制器,通过角位移来补偿末端位姿误差,从而得出相应的角位移补偿量;最后,采用补偿后的角位移对含间隙模型进行运动学仿真分析,得出其补偿后的位姿误差。研究表明,采用模糊控制方法,机械臂在x、y方向上末端位姿误差明显减小,其控制效果较好,而在z方向上的误差也有所降低,可见,在模糊控制策略下,补偿后的角位移对关节铰隙机械臂末端位姿的精度误差有明显的减小作用。     

柔性空间机械臂的动力学仿真及控制

介绍了柔性机械臂的基本理论及建模方法,利用有限元软件ANSYS创建机械臂的模态中性文件,并导入到多体系统动力学仿真软件ADAMS中,替换掉机械臂的相应刚性结构部分,进行运动学和动力学仿真,对比分析柔性体对机械臂末端执行器运动精度及动力学特性的影响,再进行ADAMS和MATLAB的联合仿真,在simulink中建立反馈控制方案,实现机械臂末端执行器运动轨迹的精确调控,为空间机械臂的优化设计提供参考和依据。     

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.     

移动操作机器人运动学及作业灵巧度分析

首先,将UR5机械臂搭载在差速驱动式移动平台上,组成移动操作机器人系统,同时,建立移动平台三维模型,对关键零部件进行有限元分析;其次,建立移动操作机器人系统差速驱动模型和UR5机械臂正逆运动学模型,并得到移动操作机器人在速度层整体运动学模型;最后,利用蒙特卡洛法分析机械臂工作空间,对其作业灵巧度指标进行评估。     

平面2R含铰间隙机器臂末端位姿精度建模仿真分析

由于多种不稳定因素对机器臂的影响,末端执行器往往会偏离理论作业位置,导致工作精度降低,其中机器臂铰接处存在的间隙对其运动影响很大。为了研究铰间隙对机器臂末端位姿的影响,采用D-H坐标系和位姿坐标变换法建立了机器臂逆运动学模型,用MATLAB获得广义坐标解析解,并由该广义坐标出发建立含间隙机器臂正运动学模型;采Solid Works建立机器臂三维模型,分别对有、无铰间隙机器臂运动进行仿真及误差分析,得到机器臂作业时末端执行器的运动特性。结果表明,铰间隙对线性动态特性及角加速度有一定影响,特别是对线加速度和角加速度影响较大,使机器臂末端位姿存在偏差,降低了机器臂的运动稳定性与作业精度。