冗余度双臂机器人协作策略下实时避障算法

针对冗余度双臂机器人协调操作过程中机械臂本体避障及躲避环境障碍问题,提出了基于冗余机械臂自运动特性的双臂机器人协作策略下实时避障算法。首先,利用障碍物在机械臂连杆上的投影矢量筛选掉不会避碰杆件,再计算可能避碰杆件与障碍物的最短距离;其次,根据双臂协作的运动学约束关系,得到冗余度双臂机器人协调搬运避障的运动学逆解;再次,引入梯度“安全距离”和两个避障因子,实时改变机械臂的避障速度,使机器人末端完成协作任务以及双臂实时自避碰及躲避环境障碍物的任务;最后,利用冗余度双臂机器人进行仿真及实验。结果表明：双臂机器人末端执行器执行协作任务的同时机器人双臂可以躲避障碍物,且各关节运动连续、平稳。     

双臂机器人轴孔装配的运动学关系分析

研究了双臂进行轴孔装配的运动学约束关系。双臂协调作业的关键,在于根据作业要求确定双臂运动的约束关系。结合轴孔装配的特点,推导了主从臂在位置、方位、关节速度和关节加速度上的完整约束,由主臂的运动变量来规划从臂的运动变量。仿真结果表明所建立的约束关系,能确保轴孔装配的顺利完成。     

基于双目视觉的双臂作业型服务机器人的研制

描述了基于双目视觉的移动式双臂作业型智能服务机器人的总体设计思想,以及介绍了双六自由度机械臂作业与双目视觉结合应用的方式,双臂的运动学和规划仿真。仿真结果表明,运动规划方式符合双臂的作业要求。     

基于DMP的双臂机器人装配策略研究

针对双臂机器人装配规划难题,提出了基于动态运动基元的双臂协调运动和装配策略.首先,分析双臂机器人运动空间,建立双臂运动约束模型,使每条手臂不仅满足自身任务要求,还满足双臂之间的相对位姿约束,然后将双臂之间的相对位姿约束与动态运动基元方法结合,使得生成的机械臂运动轨迹可以达到自避障的效果.其次,根据装配任务需求,分析双臂...     

双臂6R服务机器人的运动学研究及仿真

针对双臂服务机器人运动学的逆解问题,根据其构型特点提出一种逆运动学求解方法。首先,根据机械臂的结构特点,采用标准DH法对其进行建模,得到双臂的正运动学模型,同时采用逆变换方法将机械臂的姿态用欧拉角表示,进而得到机械臂位姿的一组广义坐标;然后,采用几何法和坐标系投影法对双臂6R机器人进行逆运动学求解,经分析计算后最多可得8组封闭解,并选取最优解;最后,基于MATLAB建立双臂的3D仿真运动平台,验证了逆运动学求解的正确性,为机械臂的轨迹规划和避碰奠定基础。     

基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型

多个刚性机器人协调操作闭链负载 ,目前已在其运动学方面有了一些研究 ,但在柔性机器人领域中 ,对此问题的研究尚未展开。本文在对闭链负载机构运动微分关系线性化基础上 ,利用有限元法和 L agrange方程 ,推导出柔性机器人协调操作系统的运动学及动力学协调约束条件 ,建立了系统的动力学方程 ,并给出了平面两个 3R柔性机械臂协调操作平面刚性四杆机构完成目标运动规划任务的逆动力学问题的数值算例     

双臂机器人轴孔装配的分级控制

设计了双臂协调进行轴孔装配的分级控制器。该控制器由管理级和执行级组成,管理级在进行主臂的期望运动路径规划的同时,根据采样到的主臂信息,对从臂进行期望关节运动角的递推,而执行级只需执行管理级输出的期望值。执行级的控制方式与普通单臂机器人控制方式一样。仿真结果表明所设计的分级控制器能顺利完成双臂的协调轴孔装配作业。     

双臂机器人无碰撞运动规划

针对双臂机器人任务操作中的非结构化环境特点 ,本文对双臂机器人无碰撞运动规划问题作了深入的研究 ,将 C空间法成功地应用于双臂机器人的无碰撞运动规划 ,通过建立时变 C空间 ,提出了从臂无碰撞状态数据库(CSDB)概念。在本算法中 ,双臂机器人无碰撞运动路径可以通过对从臂无碰撞状态数据库的搜索获得 ,运用该算法可以在时变 C空间中得到一条最优的无碰撞运动路径 ,本算法已经在双臂 SCARATES型机器人上通过试验论证 ,证明算法可行 ,效率较高     

双臂协调机器人相对动力学建模

双臂机器人动力学建模是研究双臂协调运动的关键技术,难点在于同一系统中建立两机械臂之间联系。针对双臂协调机器人动力学建模问题,基于拉格朗日方程建立了两臂动力学模型一般形式,运用矢量解析法求解单臂角速度雅可比矩阵,然后结合虚位移原理,基于相对雅可比矩阵建立双臂协调机器人相对动力学模型,确立两机械臂末端相对作用力与关节参数之间关系。仿真和试验结果验证了矢量解析法与相对动力学模型的正确性,该模型能够求解两机械臂末端相对力,为分析双臂协调运动提供理论依据。     

救援机器人双臂结构设计与运动学分析

基于救灾的复杂环境及实际工作要求,设计了一种新型救援机器人所搭载的双机械臂。利用D-H方法建立双臂的运动学模型,得出双臂末端点的位姿,并求出机械臂的逆解。把三维模型导入ADAMS中得到双机械臂的虚拟样机,对机械臂的虚拟样机工作区域进行求解分析,并通过机械臂模拟实际工作,得出其运动曲线,验证了所建运动学模型的正确性及设计结构的合理性。借助于MATLAB软件采用蒙特卡洛法生成双机械臂工作空间云图及协作空间,为确定机器人的构型、机械臂的长度优化提供了依据,仿真结果表明了机械手臂具备灵活作业的条件,同时为后期的双臂的轨迹规划及控制打下坚实的基础。     

基于阻抗控制的双臂机器人关节限制规避仿真研究

双臂机器人在运动过程中容易受到关节的限制,致使运动轨迹在某段时间内输出误差较大。对此,采用阻抗控制机器人手臂关节运动,并对跟踪角位移进行误差仿真。创建了双臂机器人运动模型简图,通过雅克比矩阵推导出机器人手臂逆运动学方程式。建立分层优先级任务体系结构,分析了冗余机械臂关节规避极限状态,设计了阻抗控制方法。采用Matlab软件对冗余机械臂阻抗控制效果进行仿真,并与无阻抗控制效果进行对比。结果显示:在无阻抗控制条件下,冗余机械臂在某段时间内会偏离期望运动轨迹,造成误差较大;在有阻抗控制条件下,冗余机械臂在整个运动时间内,都能很好地实现轨迹跟踪任务,输出误差较小。因此,采用阻抗设计方法,双臂机器人能够避免关节的限制,更好地完成轨迹跟踪任务,提高跟踪精度。     

双机器人协调的运动学分析

根据双机器人协调运动学关系,将双机器人协调分为两类,并以双机器人协调焊接任务为例,根据任务要求分析双机器人系统相对运动协调的运动学关系,并进行了仿真验证,仿真结果表明文章所提出的双机器人协调运动关系的正确性。     

双臂空间机器人姿态与关节协调运动的自适应控制、鲁棒控制

讨论了载体位置不受控制情况下的双臂空间机器人姿态和关节协调运动的自适应与鲁棒控制问题。利用拉格朗日方法导出了双臂空间机器人欠驱动形式的系统动力学方程;在该方程的基础上,基于增广变量法（恰当地扩展系统的控制输入和输出）,成功地克服了完全能控形式的空间机器人系统动力学方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点;针对双臂空间机器人两末端抓手所持载荷参数未知与不确定两种情况,分别设计了载体姿态与机械臂各关节协调运动的自适应控制和鲁棒控制方案。系统数值仿真表明,两种控制方案均可有效消除空间机器人系统惯性参数未知和不确定的影响,控制双臂空间机器人的载体姿态与机械臂各关节准确地完成期望的运动。     

双工业机器人协调作业的研究

提出了根据约束进行协调作业的位姿、速度的对应与分解的关系从而实现双工业机器人协调作业的方法.通过对机器人运动学的分析、双工业机器人安装位姿以及协调作业的运动约束的分析与描述,确定双工业机器人运动学关系.通过对机器人关节角的改变控制双工业机器人工具坐标系原点.以螺旋副的拆装为例从运动学的角度实现了双工业机器人的协调作业.研究证明,利用该方法能够实现双工业机器人的协调作业.     

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率。而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行。为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法。基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提供了模型基础;建立了最小化耗能当量和运动时间的运动规划优化模型,通过考虑初始站姿影响设计了包括移动运动参数、冗余关节角度和机械臂运动参数在内的混合优化变量集,同时考虑运动学约束和避障约束条件保证机械臂运动平稳性和安全性;结果表明,基于规划优化的复合工业机器人具有较高的操作可靠性。     

一种冗余机械臂的耦合规划控制算法

针对人机交互环境下,存在多次变更机械臂的期望末端位姿和冗余机械臂路径规划时间长、作业卡顿等问题,提出一种兼顾逆运动学、规划和控制的冗余机械臂耦合规划控制算法。基于推导的冗余自由度逆运动学,对其中4个关节的正负取值加入随机因子,扩大解析解的存在空间,作业效率平均提高40.71%;基于动态运动基元,减低作业过程中的卡顿;融合Descartes规划器和改进的逆解器,引入动态运动基元,规划器完成规划任务,执行机构同步接收作业指令。基于机器人操作系统(ROS)建立动态半实物仿真系统,将提出的耦合规划控制算法与常用顺序交替规划控制算法相比较,并应用于人机交互系统进行物理试验。结果表明,提出的耦合控制算法作业时间平均缩短了48.25%,增大了关节执行的最大速度,改善了实体运行流畅性。     

漂浮基空间机器人双臂协调操作逆运动学的完全笛卡尔坐标方法

运用完全笛卡尔坐标方法讨论了漂浮基双臂空间机器人系统的逆运动学问题。为此 ,以系统的完全笛卡尔坐标做为系统广义坐标 ,对双臂空间机器人捕捉目标物体时的运动学关系做了分析 ,并结合系统的动量和动量矩守恒关系 ,给出了自由漂浮状态下以笛卡尔坐标表示的双臂空间机器人闭合系统的运动 Jacobi关系。以此为基础 ,讨论了空间机器人双臂协调操作的分解运动速度控制方法。提出的方法不涉及三角函数运算 ,仅涉及简单的加、减、乘、除四则运算 ,计算效率较高 ,有助于缓解空间机器人系统机载计算机计算能力有限的矛盾。仿真运算证实了方法的有效性。     

双臂空间机器人任务空间内的轨迹跟踪控制优化

针对任务空间中基座位置不受控、姿态受控的双臂空间机器人轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于状态依赖Riccati方程(SDRE)的优化控制方法。首先,基于关节空间双臂空间机器人的运动学方程和完全驱动动力学方程,推导出机械臂欠驱动动力学方程以及机械臂关节与末端的运动雅可比关系;其次,通过增广状态变量构造SDC(State-dependent Coefficient)矩阵,并基于SDRE控制理论设计优化跟踪控制器,在实现输出力矩能量优化前提下,实现了对双臂空间机器人末端抓手位置与基座姿态的协同轨迹跟踪;最后,利用李雅普诺夫方法证明了系统渐近稳定性,并利用仿真实验验证了所设计控制器的有效性。     

无人机机械臂抓取动作的协调运动规划

近年来无人机在勘测救灾、空中观测、摄像等领域得到了广泛应用,搭载机械臂后无人机还可以完成样品采集等任务。受作业环境影响和无人机机械臂系统自身限制,为保证作业效率和设备安全,有必要对其运动进行规划。文中在运动学基础上采用梯度投影运动规划算法,对无人机机械臂抓取目标物进行运动规划,利用模糊推理确定其中的参数,并进行仿真试验验证。仿真结果表明该算法可有效对无人机机械臂的运动进行规划,并能协调无人机和机械臂运动,实现对目标物准确抓取。     

双臂6R服务机器人的协作空间分析与仿真

针对双臂6R服务机器人的协作空间问题,根据其构型特点而采用蒙特卡洛法和遍历搜索对比法进行分析。首先,根据机械臂的构型而采用标准DH法对其搭建模型,进而算得双臂的正运动学方程;然后,采用蒙特卡洛方法得到双臂各自的工作空间;接着,运用遍历搜索对比法求得双臂的协作空间,并且通过运动学逆解法求出协作空间内双臂关节角的范围;最后,应用MATLAB工具箱搭建仿真平台,并编写算法进行仿真分析,验证了上述分析的正确性,并为后续的协调操作和轨迹规划奠定基础。