基于MATLAB六轴喷涂机器人运动仿真研究

喷涂机器人的运动学研究是动力学控制和轨迹规划的理论基础。为对喷涂机器人的运动学进行具象化研究,以埃夫特公司提供的GR6150型喷涂机器人为研究对象。GR6150型机器人是一款六轴喷涂机器人,也是应用非常广泛的多自由度喷涂机器人。根据机器人外形结构,采用D-H法建立坐标系,对GR6150型机器人进行正、逆运动学求解和分析。利用Matlab对GR6150型机器人建立机器人六轴连杆模型,同时对机器人进行正运动学仿真分析,从而验证了运动方程的合理性和连杆模型的正确性。该研究为验证六轴机器人的运动学研究提供了有效方法,也为动力学研究奠定了理论基础。     

带机械臂四旋翼飞行器的控制方法研究

四旋翼飞行器机械原理简单,主要由四个螺旋桨和十字架结构机身组成,是典型的强耦合,非线性欠驱动的六自由度系统。四旋翼飞行器利用四个螺旋桨的转速变化,来控制机身的姿态变化。例如:绕Y轴的俯仰和沿Y轴的左右移动;绕X轴的横滚和沿X轴的前进与后退;绕Z轴的偏航和沿Z轴的上升与下降。四旋翼飞行器的姿态控制是控制系统的核心部分,是热门研究课题。文章的主要内容如下:1.首先对四旋翼飞行器进行了受力分析,通过导航坐标系与机体坐标系之间的变换及Newton-Euler方程对四旋翼飞行器建立运动学模型、动力学模型;2.根据建立的四旋翼飞行器的模型设计研究了基于抗饱和的串联PID控制算法,基于matlab/Simulink中提供的模块对四旋翼飞行器进行模拟仿真实验;3.基于饱和的串联PID控制算法进行仿真实验,结果表明基于抗饱和的串联PID控制算法有良好的动态特性;4.将携带的机械臂考虑成四旋翼无人机在飞行过程中所受的干扰,进行实验。本论文对携带机械臂四旋翼飞行器做了初期的研究,希望后期有更多这方面的学者深入研究。     

双臂喷釉机械手运动特性分析

针对自主设计的双臂喷釉机械手,应用D-H法建立两个手臂局部坐标系,通过局部坐标系与全局坐标系的转换建立双臂机械手的运动学模型。提出以几何法为基础结合逆变换联合求解的方法,求解双臂喷釉机械手的运动学正逆解。在MATLAB环境中运用定步距角法对双臂机械手的工作空间进行求解。用Robotics Toolbox工具箱对机械手进行正逆运动学仿真,同时将各关节转角代入运动学方程进行求解并对比分析,从而验证机械手设计的合理性和运动学解的准确性,为进一步研究奠定理论基础。     

基于解析法的2冗余自由度8轴摄影机器人工作空间研究

对设计的2冗余自由度串联PRRPR-S型8轴摄影机器人用解析法研究其工作空间。首先通过固定底层直线运动轴和腰轴的方法,分析去冗余自由度机器人腕关节可达空间的上下侧和内外侧边界;然后不固定底层直线运动轴和腰轴,综合分析机器人工作空间;利用机器人无误差运动学模型,工作空间关键点计算用世界坐标系向工作空间世界坐标系转换,得到实际工作空间关键点坐标;利用多个简单空间覆盖复杂空间的方法来解决隶属度判定问题,并用蒙特卡洛法验证实现多目标点的工作空间隶属度判定仿真。     

三维数值模拟进气道几何模型的建立

结合生产实际,采用放大、移动、对比的方法,使进气道三维模型在坐标系中沿X、Y、Z轴左右、上下移动,并进行布尔运算,建立了进气道几何模型.     

一种新型3-RPR并联机构及其运动学分析

提出了一种能实现沿Y、Z轴平移和绕X轴转动的3-RPR型三自由度并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构实现二维平移和一维转动的机构学原理,计算了机构自由度,进行了驱动输入选取与论证,并进行了奇异分析,提出了减少奇异的参数设计条件,运用多体系统运动学理论建立了运动学模型,研究了运动学正反求解,并进行了数值仿真验证,最后分析了机构的工作空间。该并联机构是一种支链完全相同的半对称并联机构,结构较为简单,是对2T1R并联机构的重要补充,可应用于工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。     

双台汽车起重机柔索并联装备变幅运动下的动力学建模与分析

相比单台起重机,双台汽车起重机柔索并联装备是一种由两台汽车起重机和负载共同构成,并能够实现沿Y、Z轴平移和绕X轴转动的双台汽车起重机系统。运用逆解法推导了系统的变幅角响应方程,并基于此得到该系统的运动学雅可比矩阵。基于此,求解铰接点、吊臂以及负载的偏导速度矩阵和加速度矩阵。基于虚功原理和运动学关系矩阵建立该系统的动力学模型,并采用Matlab软件对含有结构参数的系统的动力学进行分析。通过数值算例,结合该方法有效地分析了结构参数对系统驱动力矩影响能力。     

五轴数控系统联动控制方法研究

提出了多轴联动控制的新思路,通过对五轴数控系统模型的分析,建立坐标系,根据坐标变换理论,推导出五轴数控系统的顺运动学数学模型。通过求解雅可比矩阵及广义雅可比逆矩阵,得到五轴数控系统各轴的运动量,实现联动控制。计算机仿真结果表明,此方法能够实现五轴数控系统的高精度联动控制。     

线驱动绿篱修剪机械臂运动学分析及仿真

针对当前绿篱机械臂无法在复杂环境和非结构环境下作业的问题,提出一种具有更强环境适应性、更高自由度和更大工作空间的冗余线驱动绿篱修剪机械臂。利用坐标分析法建立了单关节的运动学模型,求解了绳长与关节转角的映射关系;基于D-H参数法分析了10-DOF机械臂的正向运动学数学模型,采用遗传算法研究冗余机械臂的逆向运动学,求解了冗余机械臂的运动学逆解。仿真结果证明,遗传算法的求解精度高且求解迅速;对机械臂各关节绳索间的耦合进行了分析并推导了解耦公式。通过仿真验证了机械臂正逆运动学模型的正确性以及解耦模型的正确性,为绳驱动冗余机械臂的控制和轨迹规划奠定了基础。     

五轴精雕机运动学模型构建与ADAMS仿真分析

为分析五轴精雕机能否实现正确运动,使用机器人D-H法构建五轴精雕机的运动学模型。利用运动学模型求解运动学方程的正逆解,并采用蒙特卡洛法进行工作空间分析,验证运动学模型的正确性;基于ADAMS验证整机模型的正确性并建立运动学和动力学方程,以此进行运动学和动力学仿真分析。得到了机床设计极限时进给驱动力的大小,Z轴为7500 N左右,其余轴均为10 000 N左右。为控制系统的设计、滚珠丝杠和电动机的选型提供参考。     

仿人型跑步机器人的运动学分析

提出了一种对仿人型跑步机器人的运动学进行分析的新方法。首先建立惯性坐标系、参考坐标系和物体坐标系，再根据D-H规则推导各个坐标系之间的转换矩阵，并用它们来分析正向运动学问题。通过推导机器人质心轨迹、双脚轨迹和各个关节角度之间的关系式，得到了跑步机器人逆向运动学的计算公式。仿真结果表明：这种方法对于求解仿人型跑步机器人的正向运动学和逆向运动学问题，具有求解速度快、精度高等优点。     

基于Pro/E的管道喷涂机器人运动仿真分析

利用ProE／Mechanism的运动仿真功能,模拟实现了冗余多自由度管道喷涂机器人手臂在S型管道内的运动特性。模拟仿真过程中通过输入由机器人逆运动学计算所得的手臂关节关键点的相对坐标,实现了机器人手臂按照规划路径运动的设计要求,从而检验出手臂是否与管道碰撞,为喷涂路径的优化提供了重要参考,最终实现了对机器入喷涂效果的最优化控制。     

基于Matlab的QJ-6R焊接机器人运动学分析及仿真

运用D-H方法建立了QJ-6R焊接机器人运动学方程,并讨论了其运动学问题.在Matlab环境下,绘出了机器人工作空间;用Robotics Toolbox对该机器人进行了仿真建模,并对正、逆运动学进行了实例仿真.通过仿真,分析了机器人的运动情况,得到了机器人在不同坐标空间的各种运动参数曲线和数据,验证了连杆参数设计的合理性和运动算法的正确性,为机器人动力学、控制和规划的研究提供了可靠的依据.     

7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真

针对传统机械臂负载自重比小、臂身惯量大、人机交互安全性弱等问题,对绳驱动机械臂的结构、绳驱关节耦合、冗余运动学等方面进行了研究,创新设计了一种新型7自由度冗余绳驱动机械臂。采用绳索间接驱动前端4个关节自由度,作为位置控制;采用电机直接驱动腕部关节3个自由度,作为姿态控制。利用绳索将驱动力从基座电机传递至机械臂关节处,实现驱动机构后置;对绳驱关节耦合问题进行分析,建立了电机-关节耦合映射关系;利用位姿分离方式,结合加权最小范数法,进行机械臂逆运动学冗余位置求解。仿真结果表明:耦合映射关系建立正确,冗余运动学求解准确高效,为绳驱机械臂结构优化、动力学建模奠定了基础。     

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。     

Trajectory planning of redundant manipulator using fuzzy clustering method

The solution of inverse kinematics and trajectory planning with performance criteria for a redundant manipulator is proposed with modification in fuzzy c-means. A new fuzzy clustering model based on a new generalized validity index based on weighted within-scatter metrics and between-cluster scatter metrics for the manipulator is proposed. In order to understand the proposed algorithm and to show its performance, two simulation studies of trajectory planning with manipulability criteria for a redundant manipulator are modeled to solve the problems of finding association rules in the data and of setting up an appropriate classification procedures. The problem of redundant manipulator (which is a multi-input, multi-output nonlinear system) is new in terms of solution by clustering method. The proposed algorithm for the trajectory planning of the manipulator is simulated using Matlab®. All practical steps, from data acquisition to model validation, are illustrated using a 4 degree of freedom robot manipulator. The simulated results are compared with the numerical methods of the trajectory planning. The results are presented graphically. The proposed method has the advantage of simplicity, flexibility, and good tracking performance.     

乳腺癌伽玛刀换源机器人运动学仿真研究

乳腺癌伽玛刀是一种新研制的治疗乳腺癌的放射性治疗设备,针对利用工业机器人更换乳腺癌伽玛刀放射源的实际要求,根据机器人的结构特点,建立机器人D-H连杆坐标系和机器人运动学方程,并对机器人运动学正问题和逆问题进行分析,利用MATLAB编程求解机器人运动学逆解,分析了机器人更换乳腺癌伽玛刀放射源的工作过程,规划了机器人换源运动轨迹,在COSMOSMotion中仿真机器人换源的运动过程,分析了机器人关节的运动曲线,为研究真实的换源情况提供技术支持。     

切削加工机器人与CAD/CAM系统集成化

使用6R工业机器人构架切削加工平台,论述切削加工机器人与CAD/CAM系统连接和集成的数据流结构,研究切削加工机器人的后置处理过程遇到的关键问题。阐述后置处理过程各个步骤的实现原理,并以REIS RV16工业机器人为例,建立切削加工机器人的原型系统,对其后置处理过程的坐标系变换、运动学求解、冗余自由度和奇异点回避问题进行推导和论述。建立切削加工机器人的仿真和后置处理系统平台,并完成2D和3D样件的加工。试验和仿真结果表明,该系统能够完成切削加工机器人的后置处理过程及生成可执行的机器人加工指令。     

通用机器人视觉检测系统的全局校准技术

介绍了基于通用机器人的车身在线柔性视觉检测系统的工作原理和在复杂现场环境下使用激光跟踪仪和测量臂进行全局校准的实用方法。基于测量姿态的全局校准方法利用机械约束将传感器坐标系和靶标坐标系统一起来,实现测量姿态时传感器坐标系与系统基准坐标系的坐标转换。基于机器人运动学模型的全局校准方法利用机器人末端关节位姿可通过正向运动学获知的特点,在现场构建机器人基坐标系,并通过坐标变换获得与机器人运动精度无关的手眼关系,实现了任意姿态时的全局校准。实际测量的结果表明,应用两种校准方法后系统的重复性精度都十分理想,测量装置重复测量标准差和系统重复测量标准差分别为0.07mm和0.13mm,能够满足在线监控白车身加工尺寸变化的精度要求;系统进行坐标测量时的误差分别为±0.2mm和±0.8mm。     

A study on feature-based visual servoing control of robot system by utilizing redundant feature

This paper presents how effective it is to use many features for improving the speed and accuracy of visual servo systems. Some rank conditions which relate the image Jacobian to the control performance are derived. The focus is to describe that the accuracy of the camera position control in the world coordinate system is increased by utilizing redundant features in this paper. It is also proven that the accuracy is improved by increasing the number of features involved. Effectiveness of the redundant features is evaluated by the smallest singular value of the image Jacobian which is closely related to the accuracy with respect to the world coordinate system. Usefulness of the redundant features is verified by the real time experiments on a Dual-Arm Robot manipulator made by Samsung Electronic Co. Ltd..