基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划研究

针对工业机器人位姿轨迹规划时位置轨迹和姿态轨迹在启停阶段存在的不连续问题,提出结合正弦加减速控制算法规划位置轨迹和以单位四元数表示的姿态轨迹,以及对位置轨迹和姿态轨迹进行同步规划处理,得到了基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划算法。在mATLAB环境下对算法进行了仿真验证,结果表明:机器人末端执行器在启停阶段与匀速阶段间能光滑过渡,整个位姿轨迹连续光滑。     

七自由度串联机器人位姿轨迹规划算法与仿真

研究Cyton Gamma300七自由度工业机器人在笛卡尔空间中的位姿轨迹规划问题。针对位置轨迹和姿态轨迹在启停阶段存在的不连续问题,提出结合正弦加减速控制算法规划位置轨迹,以单位四元数表示姿态,结合正弦加减速控制算法规划姿态轨迹,在Matlab环境下对位姿轨迹规划算法进行了仿真验证。     

三平移并联机器人的结构优化设计与运动学多目标分析

三平移并联机器人内置传感器偏离并联中心,实际反馈机器人姿态信息不及时,导致分析得到的机器人运动姿态外倾角较小,针对该问题,优化设计三平移并联机器人的结构并构建运动学多目标分析过程。重构三平移并联机器人传动支路,调节传感器放置位置,设定机器人仿真参数,简化处理为运动指标,构建结构动力学方程,几何描述三平移并联机器人运动姿态,形成多目标分析算法。搭建机器人实验平台,应用基于时空差异的运动学多目标分析方法、基于柔性动力学的多目标分析方法与所设计的多目标分析方法进行实验,结果可知:所设计的运动学多目标分析方法得到的机器人运动姿态外倾角最大,且符合机器人的运动实际。     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

包含串并联关节的排牙机器人运动学分析

针对串联关节和并联关节各自的特点,提出了一种由5自由度串联机构和并联机构组成的排牙机器人,通过对排牙机器人机构的分析,建立了其运动学方程。对运动学逆问题进行了分析并且应用解析法和矩阵法推导出各个关节的位姿矩阵,在已知患者的牙弓曲线和各散牙的末端位姿时,便可通过以上算法求得各个关节的位置和姿态。最后以下左牙为算例,对各个关节的位姿矩阵进行了求解。结果表明:本文提出的算法合理有效,解决了排牙机器人部分运动学问题。     

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。     

Delta并联机器人运动学与动力学仿真研究

以Delta并联机器人为研究对象,用三维设计软件Pro/E建立其样机模型,通过简化Delta并联机器人机构模型,用D-H矩阵法建立其运动学方程,得出正、逆解,给定动平台的运动轨迹进行轨迹规划,用Matlab软件计算出各支链的驱动臂张角,将样机模型和计算结果导入到ADAMS软件中,添加约束驱动等,进行运动学和动力学仿真分析,所得结果与理论计算结果一致,为Delta并联机器人的设计、优化和运动控制提供依据.     

双臂机器人神经网络解耦与路径规划算法研究

针对双臂机器人的手臂运动控制问题,研究了其神经网解耦和路径规划算法。首先,对其双臂机械结构进行了分析,总结了各个关节对机器人末端位姿的影响;其次,通过MDH法建立了连杆坐标系,并给出了机械臂的运动学模型,进而依据手臂末端位置与姿态解耦的特点,通过三层BP神经网络与解析法相结合的方式研究了解耦逆运动学算法,避免了蚁群算法收敛较慢的问题;最后针对S曲线介绍了规划过程中各个参数的求解和适配方法,提出一种基于数值积分的B样条求解方法实现曲线拟合,优化空间曲线的平顺性;最后,对运动学算法与轨迹规划算法的有效性进行了验证。     

一种双足机器人步态规划和运动仿真的研究

通过对人类行走步态的研究,结合双足机器人实际结构,规划机器人行走时的基本姿态及重心轨迹,建立运动学模型,根据规划的行走姿态及轨迹建立运动学方程。应用三维建模软件UG建立双足机器人的简化模型,导入仿真软件ADAMS中生成虚拟样机模型,并通过在Matlab中得到机器人行走的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,经仿真后,利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。应用虚拟样机方法,验证了步态规划的有效性。     

Generation and Simulation of Robot Trajectories in a Virtual CAD-Based Off-Line Programming Environment

This paper presents a new approach to the generation and optimisation of the position and orientation trajectories in Cartesian task space, and simulation in a virtual CAD-based off-line programming environment. A novel concept of the robot pose ruled surface is proposed, and defined as a motion locus of the robot orientation vector, i.e. the vector of equivalent angular displacement. The planning for trajectories of robot end-effectors can be accomplished by generating the robot pose ruled surface and optimising its area under the constraints with good kinematics and dynamics performances. The established optimisation model is based on functional analysis and dynamics planning, and is simplified by using high-order polynomial space curves as the robotic position and orientation trajectories. The developed system, RoboSim, is a virtual integrated environment which can be used as a testbed for automatic motion planning and simulation for robots. Two examples are given to verify the feasibility of the proposed approach and models, and to demonstrate the capabilities of generation, optimisation, and simulation modules and libraries in the RoboSim package. The simulation results show that the approach and system are feasible and useful for motion planning, performance analysis and evaluation, and CAD-based prototyping and off-line programming in both the virtual and the real design and planning environment.     

Trajectory coordination planning and control for robot manipulators in automated material handling and processing

Motion coordination planning and control play a crucial role in robot application to Cartesian task operations with taking into account kinematics and dynamics constraints. This paper presents a unified approach to coordination planning and control for robot position and orientation trajectories in Cartesian space. The concept of generalised robot pose is defined as the robot configuration consisting of position and orientation, in which the orientation is described by a vector equivalent to the rotational angular displacement. The robot pose ruled surface is formed as a three-dimensional motion locus of its configuration vector. The unified treatment of the end-effector positions and orientations is based on the robot pose ruled surface concept and used in trajectory interpolations. The coordination planning of pose trajectories for the robot end effector is accomplished by generating and optimising the pose ruled surface under the constraints of kinematics and dynamics performances. The coordination control is implemented through controlling the motion laws of two end points of the orientation vector and calculating the coordinates of instantaneous corresponding points. The simulation experiment using PUMA 560 robot in arc welding and surface finishing processes are carried out to verify the feasibility of the proposed approach and demonstrate the capabilities of generation and control models.     

Kinematic calibration of precise 6-DOF stewart platform-type positioning systems for radio telescope applications

The pose accuracy of a parallel robot is a function of the mobile platform posture. Thus, there is no a single value of the robot’s accuracy. In this paper, two novel methods for estimating the accuracy of parallel robots are presented. In the first method, the pose accuracy estimation is calculated by considering the propagation of each error, i.e., error variations are considered as a function of the actuator’s stroke. In the second method, it is considered that each actuator has a constant error at any stroke. Both methods can predict pose accuracy of precise robots at design stages, and/or can reduce calibration time of existing robots. An example of a six degree-of-freedom parallel manipulator is included to show the application of the proposed methods.     

一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性,将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则,完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上,提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块,该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能,且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。     

一种协作机器人位姿重复性优化综合

在给定位姿重复性要求的前提下,寻找各关节随机运动精度的最优分配方案能够使协作机器人设计更加合理,对降低机器人制造成本有重要意义.首先,在机器人位姿重复性分析的基础上,建立了位姿重复性数学模型,该数学模型包含机器人位置重复性和姿态重复性;其次,以协作机器人KUKA iiwa 7为例,以关节运动误差最大化为优化目标,对该机...     

CT导航并联机器人构型设计及分析

为满足医疗上的任务灵活空间的要求,提出了一种新型的机器人机构,并从定义上考证,确定为单闭链并联机器人构型.文中用螺旋理论的矢量形式表示了运动输出特征方程,根据机器人机构拓扑结构理论分析了机构的活动度,同时通过公式对任务灵活空间进行了分析,绘制了动平台空间姿态随参数变化的规律表,提出了影响并联机构任务灵活空间的关键参数.对并联机器人构型的设计提供了一种理论上的参考.     

考虑气象因素的农业采摘机器人轨迹纠偏控制方法

为了减少气象因素对农业采摘机器人轨迹的影响,提出了考虑气象因素的农业采摘机器人轨迹纠偏控制方法,以解决机器人位姿精度较低和定位时间较长等问题。采用云储存技术对运动的目标果实进行检测与跟踪。利用改进的蚁群算法规划最优路径,通过 RBF 神经网络最佳逼近算法对动力学方程加以优化,加强其逼近能力,从而完成对采摘机器人轨迹纠偏的控制。实验结果表明,该方法可以有效地提高位姿精度、提高定位成功率、缩短定位时间并获得更为顺畅的采摘路径。     

Error Modeling and Sensitivity Analysis of a Parallel Robot with SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm） Motions

Parallel robots with SCARA（selective compliance assembly robot arm） motions are utilized widely in the field of high speed pick-and-place manipulation. Error modeling for these robots generally simplifies the parallelogram structures included by the robots as a link. As the established error model fails to reflect the error feature of the parallelogram structures, the effect of accuracy design and kinematic calibration based on the error model come to be undermined. An error modeling methodology is proposed to establish an error model of parallel robots with parallelogram structures. The error model can embody the geometric errors of all joints, including the joints of parallelogram structures. Thus it can contain more exhaustively the factors that reduce the accuracy of the robot. Based on the error model and some sensitivity indices defined in the sense of statistics, sensitivity analysis is carried out. Accordingly, some atlases are depicted to express each geometric error’s influence on the moving platform’s pose errors. From these atlases, the geometric errors that have greater impact on the accuracy of the moving platform are identified, and some sensitive areas where the pose errors of the moving platform are extremely sensitive to the geometric errors are also figured out. By taking into account the error factors which are generally neglected in all existing modeling methods, the proposed modeling method can thoroughly disclose the process of error transmission and enhance the efficacy of accuracy design and calibration.     

变胞多指灵巧手分析

对戴建生提出的新型的变胞多指灵巧手进行分析。该灵巧手与目前常用的机器手最大的不同在于它的手掌可以活动,并具有变胞功能。手掌的变胞增强了机器手的灵巧度并增大了工作空间。当手掌杆件静止的时候,每个手指都在一个平面内运动,由此提出手指操作平面的概念,从而将研究抓取姿态的问题转化为研究手指操作平面单位法矢量的问题。建立球面变胞手掌的全局坐标系,并得到3个手指平面的单位法矢量在此全局坐标系下的表示,然后将抓取姿态映射成为姿态直纹面。将机器手的工作空间分为手指和手掌两部分,着重研究后者,提出工作空间三角形的概念。工作空间三角形随着手掌的运动而变化,映射成为手掌工作空间直纹面后可以直观地了解其形状和大小的变化情况。     

约束机构在柔索并联机器人设计中的应用

柔索并联机构是一类新型的机构 ,具有一些优于其他机构的特点 ,但因柔索特性的限制 ,可实现的运动形式较少。本文通过增加约束机构对运动平台运动进行限制 ,扩大了柔索并联机构的应用范围。文章提出约束机构的概念 ,讨论了约束机构的种类 ,并进行奇异位形的分析。