空间机械臂关节非线性摩擦建模及补偿

针对空间机械臂关节存在的非线性摩擦问题,提出了一种非线性摩擦建模及补偿方法。首先,根据建立的机械臂关节动力学方程推导出非线性摩擦与电机电流、角加速度的关系;然后,通过测得的机械臂关节角度信号,设计了Kalman-牛顿预测器来估计负载端的角加速度,并利用估计的角加速度和采样电流值计算出摩擦力矩,建立机械臂关节的指数摩擦模型;最后,基于该模型设计了前馈补偿控制器,用于对机械臂关节的非线性摩擦进行补偿。通过机械臂关节驱动实验验证了此方法的可行性。     

绳驱动机械臂动力学建模及ADAMS仿真研究

针对绳的引入造成绳驱动机械臂动力学建模较难获取的问题,考虑绳的单向受力性,研究了绳对机械臂动力学模型的影响、绳子对所有经过的连杆之间的受力情况、预紧力对连杆受力及驱动力矩的影响等方面。在传统刚性机械臂动力学模型基础上进行了归纳,分析了绳子引入对机械臂受力造成的影响;基于递推形式的牛顿欧拉公式得到了完整的绳驱动机械臂动力学模型,并在此基础上分析了施加预紧力对连杆受力及驱动力矩造成的影响;利用ADAMS对三自由度串联绳驱动机械臂进行了仿真。仿真结果表明:理论驱动力矩与仿真力矩基本吻合,说明所建串联绳驱动机械臂动力学模型是正确的;预紧力的施加只会影响各连杆之间的相互作用力,不会改变驱动连杆所需的驱动力矩。     

生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法

常规方法将伺服电机的驱动力矩直接作用于机械臂关节,关节角速度受扰动力负面影响,使得跟踪轨迹调节时间较长、稳态跟踪误差较大。提出生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法。建立机械臂运动学模型,将关节角度作为改变机械臂位置姿态的参量,分析关节角度时间变化规律,得到机械臂位置姿态集合,规划机械臂运动轨迹,利用运动控制处理器,控制伺服电机输出力矩,通过前馈补偿,增益施加给关节的控制力矩,消除扰动力负面影响,由驱动力矩调节关节角速度,使关节角度达到期望值,令机械臂沿着运动轨迹完成作业。以串联连杆型机械臂为例,模拟生产线机械制造设备作业场景,设置初始关节角度和机械臂期望轨迹,实验结果表明,相比两种常规方法,设计方法关节角度调节时间缩短了0.18s、0.384s,稳态跟踪误差减小了0.407rad、0.849rad,提高了机械臂对期望轨迹的跟踪精度。     

六关节机械臂的轨迹规划

以六关节机械臂为研究对象,采用B样条曲线进行轨迹规划.在轨迹规划时,在给定轨迹上插值,得到中间插值点.基于逆运动学将这些中间插值点转换至关节空间,得到关节角度值,从而将笛卡尔空间的轨迹约束转换至关节空间,进而用B样条曲线拟合出各关节轨迹.应用ADAMS软件进行轨迹规划仿真,得到各关节角位移、角速度、角加速度变化曲线,进而明确后续研究目标.     

基于MATLAB的6R机械臂运动学的仿真研究

为了更好地控制液压机械臂在工业生产中作业,以6R液压机械臂为研究对象,运用改进D-H法对其进行建模,建立正运动学方程,通过空间几何法和数值解析法结合的方式得到机械臂各关节角度变量的8组解。通过MATLAB软件中的Robots Toolbox对机械臂建模,在关节空间内对其进行运动轨迹仿真,得到各关节轴的角位移、角速度和角加速度随时间变化的平滑曲线,仿真结果验证了所建立的运动学方程的正确性以及该机械臂参数的合理性。为后续液压机械臂的运动规划及实时控制提供了必要的理论基础和正确的运动学模型。     

关节铰接双面接触摩擦对医用机械臂影响分析

以医用机械臂为研究对象,同时考虑关节旋转铰接圆柱面及端面２处的摩擦,提出端面接触系数,利用达朗伯定理对医用机械臂进行动静力学分析求得两接触面处的法向接触力,并基于库仑摩擦模型求得两接触面摩擦力矩,结合拉格朗日方程建立了不包含摩擦及包含摩擦的２种动力学模型,通过仿真求解分析得出对于所研究的医用机械臂及结构相类似的机械臂,铰接端面处的摩擦对机械臂关节输出扭矩及末端位置影响大于圆柱面处摩擦的影响,端面接触程度越高造成能量损失越大,机械臂末端位置轨迹越混乱。     

下肢康复机器人仿真分析及研究

设计了一种用于中风患者下肢康复训练的双臂机器人。在对其机械臂的结构进行简化后,使用D-H前置坐标系法建立运动学分析模型,得到机械臂末端位姿表达式以计算其逆解。基于蒙特卡洛法绘制出机械臂的工作空间之后,使用MATLAB中的Robotics Toolbox工具箱对其正逆运动学进行仿真,验证了运动学模型的正确性。另外,针对机器人关节空间进行了轨迹规划,得到了较为平滑的角位移、角速度、角加速度曲线。最后把关节位移数据进行拟合,并且将SolidWorks模型导入Adams软件进行动力学仿真,得到各关节力矩的变化曲线,为机械臂的精密控制奠定基础。     

基于虚拟样机的六自由度机械臂轨迹规划研究

轨迹规划研究是机械臂在工作过程中的角位移、角速度和角加速度的问题,目的是使机械臂末端平稳地完成一定的作业。本文利用MATLAB建立了六自由度机械臂虚拟样机,在虚拟样机的基础上研究轨迹规划问题。采用D-H模型对虚拟样机进行运动学分析、求解,分别用关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划两种方法进行了研究,并对比了各自的优缺点。通过仿真结果证明,建立的虚拟样机结构合理,规划方法可以提高机械臂的作业效率,为机械臂操作提高理论指导,为后续机器人更复杂的运动仿真与路径规划打下基础。     

一种机械臂分段插值轨迹规划方法

针对工业机械臂在运动过程中的角速度与角加速度突变引起的机械系统冲击问题,结合五次B样条曲线和五次多项式的高阶连续性,提出了一种新的分段插值轨迹规划算法即"B-5-B算法"。通过SOLIDWORKS建立样机模型,利用Adams进行虚拟样机的运动学仿真,得到关节的角位移、角速度、角加速度以及关节力矩图。通过与"3-5-3算法"所得到的图进行比较,表明了该算法提高了工业机械臂的角速度和角加速度曲线的平滑性,并降低了机械系统的冲击力,同时由于B样条具有局部支撑性,为轨迹优化提供了一种新的方法,也为机械臂实物验证做了充分的理论支撑。     

基于迭代优化和神经网络补偿的超冗余机械臂半参数动力学模型辨识

为了实现超冗余机械臂动力学模型的精确辨识,提出了一种基于迭代优化和神经网络补偿的半参数动力学模型辨识方法。首先,介绍了超冗余机械臂的动力学模型和最小参数集,建立了关节非线性摩擦模型,使用遗传算法优化回归矩阵条件数生成激励轨迹。然后建立了机械臂动力学模型物理可行性约束,基于迭代优化方法设计了两层循环网络对超冗余机械臂的惯性参数和关节摩擦模型进行辨识。最后,利用数据集训练BP神经网络,得到超冗余机械臂半参数动力学模型,并与多种算法进行了比较分析。实验结果表明：相较于传统的最小二乘算法和加权最小二乘算法,通过使用本文提出的辨识算法,关节辨识力矩残差均方根（Root Mean Square, RMS）之和分别提高了32.81%和23.76%,半参数动力学模型相比于全参数动力学模型力矩残差均方根之和提高了23.56%,辨识结果验证了辨识方法的有效性和优越性。     

五自由度镀膜机械臂的运动学分析与仿真

以5自由度自动镀膜机械臂为研究对象,运用改进D-H法建立机械臂的运动学方程,并利用数值分析法对正、逆运动学方程进行分析求解.通过Matlab软件中的Robotics Toolbox工具箱对5自由度自动镀膜机械臂建模,蒙特卡洛法工作空间仿真和轨迹规划仿真,得到机械臂的工作空间图和末端执行器的运动轨迹及各关节的角位移、角速...     

有限空间约束机械臂动力学协同仿真方法研究

针对多自由度注塑机械臂系统在有限空间约束条件下作高效两点重复运动需求,提出了一种基于结构动力学和控制系统运动学协同仿真的机械臂轨迹规划与优化方法。运用结构表达式驱动和link函数分别建立机械臂的结构模型和D-H模型,根据机械臂的初始位置和终止位置,对机械臂进行轨迹规划逆向运动求解,获取初始轨迹曲线和各关节角度变化曲线,将NX接口的全部操作编译成独立的M函数嵌入到MATLAB/Simulink模块的动态系统仿真模型中进行轨迹曲线的拟合。得到在有限空间约束的条件下轨迹连续,关节平滑,末端运动时间较短,满足实际需求的一条理想轨迹。     

基于SimMechanics的六自由度机械臂运动算法验证

建立了基于SimMechanics模块的六自由度机械臂离线仿真平台,创建了机械臂模型,并在虚拟环境下根据六自由度机械臂末端的运动轨迹规划,通过逆运动学模型得到了各个关节角度数据,将其发送给伺服电机,从而驱动各个关节,使机械臂能够按照预期轨迹运动。通过离线仿真,证明了机械臂运动规划算法的正确性。     

关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法

六轴机械臂在空间运动时,极易因速度和加速度突变导致运动轨迹出现随机波动,无法做连续性的运动。基于此,提出一种关节速度约束下机械臂空间运动轨迹规划方法。从运动学正解和逆解2个方面对机械臂建模,利用上关节D-H法分析同一位姿下,基座与末端执行器间的总变换过程。将不同的关节转角组合,辅助后续最优轨迹规划。利用三次和五次多项式插值构建末端执行器的插值函数,以执行器在不同坐标下关节角度为参考变量,求得角度、角速度和角加速度的值,完成运动轨迹规划。仿真实验表明,所提方法的运动轨迹可保证机器人平稳运行,连续性得到提高,从起始点至终止点整个过程中都没有出现明显震动情况。     

基于ADAMS的多机器人协同焊接相贯线运动学动力学分析

以松下TA1400型六轴工业机器人为研究对象,在ADAMS中建立多机器人协调运动仿真环境。通过设计绘制双贯线的辅助机构,仿真动作设计及仿真脚本编写,对三台机器人协同焊接双贯线进行动力学分析,求取各机器人各关节所需驱动力矩并测量角位移、角速度、角加速度曲线。经与采用末端牵引机器人运动测量的角位移、角速度、角加速度曲线比对分析,验证动力学分析正确性。     

基于动力学的协作机械臂零力拖动研究

以一种6轴协作机械臂开发平台为对象,对零力拖动示教进行研究.利用拉格朗日法及机械臂结构参数建立其本体动力学模型;将静力学中的摩擦力矩和惯性力矩加入到动力学方程之中得到协作机械臂的零力拖动模型;根据电机轴角速度关系将动力学力矩与关节PMSM电机数学模型结合,得到电机层面的力矩模型;与零力拖动模型整合得到实际应用中的零力拖...     

单斗液压挖掘机反铲装置动力学模型的建立

根据液压挖掘机反铲装置的工作特点,对反铲装置进行了动力学研究.采用Lagrange法建立了挖掘机反铲装置的动力学模型.然后,在MATLAB中编写了四阶龙格-库塔算法程序,对动力学模型进行了求解,得到各个关节的角位移、角速度和角加速度曲线.同时,在ADAMS中利用相同参数,建立了挖掘机反铲装置的虚拟样机,利用相同的负载和驱动力矩进行动力学仿真,也得到各个关节的角位移、角速度和角加速度曲线.最后,将相应曲线进行叠加对比,发现通过动力学模型求得的曲线与仿真得到的曲线基本吻合,误差都在5%以内,从而验证所建动力学模型的正确性和有效性.     

凿岩机器人钻臂动力学参数分步理论辨识方法

凿岩机器人钻臂具有多冗余自由度耦合关节,且结构尺寸庞大,难以准确获取其动力学参数。为此,提出一种分步理论辨识法辨识钻臂动力学参数。推导出钻臂的牛顿-欧拉方程,并建立其动力学模型,采用5阶傅立叶级数规划钻臂各关节运动的激励轨迹,将钻臂3维Pro/E模型导入ADAMS中,根据各关节在激励轨迹下的驱动力(或力矩),从推进器关节开始沿机身方向进行递推,对各关节的动力学参数进行分步辨识。仿真结果表明,分步理论辨识法具有较高的辨识精度,提高了钻臂末端(钎头)定位控制的精度和稳定性。     

考虑含间隙关节的漂浮基空间机械臂动力学输出特性研究

研究关节间隙对漂浮基空间机械臂动力学特性的影响对设计空间站机械臂具有重要意义。采用Lankarani-Nikravesh接触力表达式建立了考虑摩擦的含间隙关节模型;应用Lagrange方程和含间隙关节模型建立了含间隙的漂浮基空间机械臂动力学模型。数值模拟分析了间隙关节数量和不同间隙尺寸对漂浮基空间机械臂动力学输出特性的影响,并定量分析了间隙对漂浮基空间机械臂动力学输出的影响程度。结果表明,两个含间隙关节的耦合作用导致关节接触碰撞力剧烈变化,引起漂浮基空间机械臂的动力学输出更加剧烈;关节的间隙尺寸值越大,漂浮基空间机械臂动力学输出的波动幅值越大,但波动频率会随着间隙值的增大而减小,降低了空间机械臂的运动精度。该研究可为解决多个含间隙关节的漂浮基空间机械臂的高精度轨迹控制问题提供重要的理论依据。     

计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性

地面长臂机械研究中一般都将铰当成理想铰处理而忽略铰间隙的影响,为得到更符合实际运动学规律和动力学特性的结果,首先,采用Lankarani-Nikravesh模型并选取合适的摩擦因数,分析加入第1节臂和加入全部4节臂油缸连接旋转铰间隙接触摩擦的影响;其次,建立对应的多柔体臂架的刚柔混合模型,对理想铰和铰间隙臂架模型的末端轨迹和振动特性进行数值分析。结果表明:加入铰间隙模型的末端振动位移比理想铰模型的末端位移增大,第1节臂液压油缸最大受力值也对应增大;考虑铰弹性的第1阶固有频率比理想铰模型有所降低,证明此类机械铰间隙的影响不能忽略。最后,通过臂架实验台验证了模型的合理性和数值仿真的正确性,为此类机械设计和工程应用提供参考。