柔性机器人协调操作的冗余驱动

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载时,其逆动力学问题存在冗余驱动这种情况,提出了一种载荷分配方法。将这种分配方法与基于绝对坐标并以期望轨迹为实际边界条件的逆动力学模型相结合,可以有效地解决冗余驱动问题。文中就两个具有柔性关节和柔性臂的３Ｒ机器人协调操作刚性负载为例,验证了本方法的有效性。     

冗余自由度机器人性能指标的二次特性及其优化方法

指出了冗余自由度机器人优化的多种性能指标及其加权综合指标对单个关节的关节加速度具有二次抛物线关系。由此，提出一种通过对抛物线插值寻求综合性能最优解的方法。同时，本文还将冗余自由度机器人运动学和动力学求优化解的过程，转化为非冗余自由度机器人运动学和动力学求解，以便直接利用各种高效率的非冗余自由度机器人计算方法。     

冗余度机器人具有最小关节力矩的关节轨迹规划

对冗余度机器人最小关节力矩的关节轨迹规划进行了研究，提出了一种具有变系数复合指标的关节轨迹规划方法。该方法利用关节力矩和关节加速度构成一总目标函数，并由变系数根据耐要自动地调整关节加速度项对总目标函数的影响程度，从而既降低了关节力矩的最大值又不使其平均值增加过多，提高了算法的全局稳定性。最后，本文还给出了一个平面３Ｒ机器人的仿真实例。     

基于运动可优化度的冗余自由度机器人运动学实时控制研究

为解决冗余自由度机器人的运动学实时控制问题,给出了冗余自由度机器人运动学速度级的解析解。针对机器人系统振动及多性能指标融合控制,提出了“运动可优化度”的概念,并引入了运动可优化度函数。仿真和实践结果证明了这一新的控制方案的有效性。     

空间7R冗余度机器人关节运动重复性问题的研究

本文针对７Ｒ冗余机器人关节运动的重复性问题进行了研究。首先，提出一种基于伪逆控制的重置初值法；然后，利用一个空间７Ｒ机器人进行了仿真分析。     

冗余度机器人容错操作运动误差的研究

建立了一个冗余度机器人的实验平台,利用该平台对冗余度机器人的末端误差进行了系统深入研究。通过对实验数据分析得出:机器人的末端误差在锁定时刻,主要取决于关节速度突变;在锁定后,主要取决于退化机器人的关节速度。为了降低冗余度机器人的关节速度突变,从而控制锁定时刻的末端误差,笔者提出了一种最小关节速度突变优化算法。最后,分别用最小关节速度突变优化算法和最小范数法来规划平面3R机器人的末端轨迹,通过对比两种算法的仿真数据和实验数据证明了结论的正确性。     

考虑关节弹性的冗余度机器人具有最小关节力矩的轨迹规划

针对考虑关节弹性的冗余度机器人具有最小力矩的轨迹规划问题进行了研究，提出了可用于实时控制的规划算法，并给出了平面３Ｒ机器人的仿真实例。     

多机器人系统无内力抓取动载实时规划的研究

当机器人系统在协调操作一个物体时，为防止物体在操作过程中产生太大的变形，在驱动电机约束条件下，提出了一种无内力动载实时规划的方法。该方法首先基于物体空间，把求解动载分配系数的问题转化为二次非线性规划问题，然后基于关节空间确定机器人各个关节输入力矩。最后以两个机器人协同搬运一物体为例，进行了无内力抓取动载实时规划。该方法简单易行，适应于多机器人系统实时控制。     

冗余机器人喷涂系统改进人工鱼群逆运动学求解算法

针对一种带有冗余自由度的船舶分段机器人喷涂系统逆运动学问题,使用改进Denavit-Hartenberg(DH)参数法建立了机器人系统的运动学模型。以位姿误差最小及关节行程最短为目标,构建了冗余机器人逆运动学问题优化模型,提出一种改进人工鱼群算法( IAFSA)对模型进行求解。IAFSA引入基于正态分布的视野范围及移动步长动态调整策略来改善解的精度并缩短计算时间,提高算法综合性能。与人工鱼群算法和混合改进人工鱼群算法进行了对比实验,实验结果表明IAFSA搜索能力强、收敛速度快、计算时间较短,逆解良好的精度和误差稳定性在SolidWorks Motion仿真中得到验证,体现了IAFSA算法在冗余机器人逆运动学求解问题中的有效性。     

柔性冗余度机器人运动规划的新方法——冗余位形法

研究了柔性冗余度机器人的运动规划。在保证机器人实现预定运动任务的条件下,充分利用机器人的冗余特性,提出了冗余位形的新概念以及相应的冗余位形规划策略,通过优化机器人关节初始位形和自运动,大大降低了柔性机器人末端运动误差。给出了空间4R机器人的数值算例,与现有方法比较,该规划方法优势十分明显,取得了新的突破。     

切换策略在协调冗余度机器人轨迹规划中的应用

将切换策略推广到冗余度机器人的协调操作中,并通过仿真实例将这种方法与常规方法进行了比较。研究结果表明,切换策略不仅适用于单一冗余度机器人的操作,也同样适用于多冗余度机器人的协调操作。     

柔性机器人协调操作的动力学建模和轨迹跟踪

首次基于绝对坐标 ,建立了具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载的动力学模型。由此推导出了协调操作的正动力学模型。由提出的载荷分配方法 ,以被操作物体质心的实际位置而不是名义刚性位置跟踪期望轨迹 ,建立了柔性机器人协调操作的逆动力学模型。此方法可使机器人非常准确地实现期望轨迹。文中就两个具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载为例 ,验证了本方法的有效性     

冗余度机器人容错控制研究

对冗余度机器人运动学动力学容错控制进行了较深入的研究,以冗余度机器人容错控制是冗余特性的具体应用这一思想为出发点,利用自运动变量这种冗余参数作为容错控制系统的状态变量,对容错控制系统进行简化,并提出了利用自运动控制冗余度机器人实现各种容错的新方法。仿真结果表明这些方法具有运算简单、容错效果好的优点。     

机器人协调操作刚性负载效率的研究

针对工业机器人的使用情况，考虑机器人臂的弹性变形，提出了以机器人关节输入功率最小作为规划目标，规划各协调机器人的承载比例和相对位置的方法。此方法可使系统效率最高并且其它动力特性较好。以具有冗余驱动的机器人协调操作系统为例，将所提目标的规划结果与通常即标的规划结果进行了比较，分析了影响系统效率和其它动力特性的因素。     

Optimization of structural parameters for spatial flexible redundant manipulators with maximum ratio of load to mass

1Introduction Inrecentyears,therehasbeenawidespread interestinthelight weightmechanismsandma nipulatorswithflexiblemembersbecauseadvan tagesoverrigidbodysuchas:smalleractuators,lowerpowerrequirements,higheroperation speed,highloadtomassratioandmorecompact linkdesignetc.Thesehavebeendemonstrated byanumberofpaperspublishedinmanyareas concerningelasticmechanismsandflexiblema nipulators.Muchadvancementhasbeen made[13].Themostadvancementinflexiblemecha nismsandmanipulatorsconcentratedondynamic mode…     

Stable joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulator system

In this paper, joint torque optimization for multiple cooperating redundant manipulators rigidly handling a common object is considered. This work focuses on finding the optimal and stable distribution of the operational forces of a multiple redundant manipulator system to the individual manipulators. Two joint torque optimization schemes (local joint torque minimization and natural joint motion) are formulated and compared. When a redundant manipulator with its joints free is driven by its tip, a naturally inducing joint motion can be called ‘natural joint motion’. From the simulation results of a system of three cooperating redundant manipulators, the natural joint motion scheme is shown to be better than the local joint torque minimization scheme with regard to global torque minimization capability and the resulting stability of motion. However, in order to guarantee the stability, the null space damping method is required for the both schemes. The effectiveness of the null space damping method is demonstrated by simulation. Additionally, the condition for the distribution of the operational forces required to drive the given system along a natural joint motion trajectory is addressed.     

冗余度机器人研究动向

冗余度机器人，从运动学的观点来说是指完成某一特定任务时，机器人具有多余的自由度。多余的自由度可用来改善机器人的运动及动力学特性，如增加灵活性，躲避障碍、回避奇异、优化主运动任务下的辅助操作指标，优化关节速度，加速度，力矩，能量等。冗余度机器人由于其自身众多优点而越来越受到人们的关注。本文介绍冗余度刚性机器人、冗余度柔性机器人研究的发展现状及存在的问题。     

冗余度柔性机器人运动规划的末端初始位置规划法

柔性机器人的运动规划是机器人领域的重要课题。本文在分析柔性机器人运动学和动力学特性的基础上 ,提出了一种有效的机器人运动规划新方法—末端初始位置法。这种方法在保证机器人末端轨迹大小、形状、方向不变的条件下 ,通过调节机器人的末端初始位置来规划机器人的关节运动 ,降低机器人末端的弹性变形运动误差。文中给出了一空间 4R柔性机器人的仿真实例 ,结果表明这一方法是简便的、有效的     

柔性机器人协调操作的无内力载荷分配

为解决柔性机器人协调操作系统的逆动力学问题,提出一种无内力载荷分配法。该方法首先在操作空间基于无内力的原则规划载荷分配系数,然后在关节空间以关节输入力矩最小为目标确定机器人各个关节的输入力矩。以2个3R柔性机器人协调操作刚性物体为例,验证了该方法的有效性。     

Two strategies for handling unknown loads of two coordinating robots

In real situations, a robotic system can work in an unstructured environment in which the load is often unknown. This problem is an under-studied one, especially for multi-robot systems. In this paper we solve this problem by the ‘Unknown Load Distribution’ method for two coordinated industrial robots Two methods are proposed for the distribution of an unknown load. The first method is called “load estimated method’, in which the parameters associated with the load are estimated using the information provided by two wrist force sensors. As a result, the load becomes known, and conventional optimal load distribution methods can then be applied to distribute the force. The second method is called the ‘force compensation method’, in which one of the robots (the leader) takes the major role of carrying the load to the exact location and the other robot (the follower) follows the leader with a specified force. The load is compensated by the follower using force control until the leader can carry the load to follow a satisfactory trajectory. To verify the force compensation method, a computer simulation is conducted.