服务机器人解耦球型手臂运动控制方法

为了在适应极端条件下,服务机器人手臂能够满足高集成度和高性能的特殊要求,提出了一种基于解耦球型手腕的七自由度机械机构。首先分析七自由度机械手臂的机械结构特点,利用MDH法建立了机器人各个轴的相关坐标系。然后,利用牛顿迭代和传递逆方程法反向解析了手臂,手腕机理确保手腕紧性和灵活性的工作空间。最后,从电机控制和模块方向设计了七自由度软件流程。上述理论确保了该机器人机构能平稳并且能够灵活实现各个自由度的运动控制。     

三杆六自由度并联微动机器人的工作空间分析

针对提出的基于压电陶瓷驱动的三杆六自由度并联微动机器人,在分析其结构特点的基础上,通过坐标变换求出了其逆解方程.分析了影响并联微动机器人工作空间的约束条件,对定姿态工作空间采用一维搜索法求得边界点.用实例进行仿真计算,得到结构参数对工作空间的影响规律.与常规6-PSS并联微动机器人的定姿态工作空间进行了比较,说明了其工作空间分布的特点.所做的工作空间分析为机器人工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据.     

七自由度微创手术机器人运动学及其工作空间分析

依据手术机器人的工作特点和设计原则要求,提出了一种体积小巧、结构紧凑的冗余7自由度机器人构型,对具有冗余7自由度串联结构的手术机器人建立了D-H运动学的分析方法,运用MATLAB求出了正解,并代入初始值验证了正解的正确性。采用基于随机概率的蒙特卡罗方法,基于对蒙特卡洛法的掌握,运用MATLAB软件编写程序生成工作空间的云图,据D-H方法可知本课题机器人的运动学方程,代入其末端执行器的位置方程可得整个机器人末端的三维工作空间图,结果表明本机器人工作空间大,可以满足手术要求,为后续机器人的动力学模型、轨迹规划及实时控制功能的实现奠定了基础。     

茄子采摘机器人结构参数的优化设计与仿真

果蔬采摘机器人是一类工作于非结构环境中的复杂光机电一体化产品,其结构和控制都比一般工业机器人要求更高.按照采摘对象茄子的生长分布空间和作业要求,进行机器人本体结构参数优化设计.采用基于Matlab的数值解法求解了机器人的工作空间,并进行了仿真.仿真结果表明:设计开发的4自由度采摘机器人能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求,验证了结构设计的合理性.     

六自由度并联机器人设计和关键技术研究

根据并联机构的有关理论和实际需求设计了旋转输入式6自由度并联机器人,该并联机器人以旋转电机为输入动力,通过6个由锥齿轮转向器、R-T-R-T组成的传动结构实现并联机器人的6自由度要求。基于轨迹法对旋转输入型并联机器人进行了位置逆解分析,同时基于MATLAB对并联机器人的工作空间进行了仿真,得到了此并联机器人的运动空间结果。     

3-URS并联机器人位置分析

机器人的位置分析是其设计与应用的基础.介绍了一种3-URS6自由度并联机器人,基于其结构布局特点,推导出这种机器人的位置正、反解方程式,并得到了其位置正、反解的封闭解,在考虑其结构约束的情况下,绘制了定姿态工作空间的截面图和三维立体图,为这种机器人设计及应用奠定了理论基础.     

3自由度绳索牵引并联机器人的工作空间分析

给出了所设计的平面1R2T三自由度绳索牵引机器人模型,建立了其运动学的逆解模型.在时机器人进行可达工作空间分析的基础上,提出了一种基于矢量封闭原理的可控工作空间;同时在MATLAB环境下采用Monte-Carlo方法对可达工作空间和可控工作空间进行了仿真.仿真结果表明机器人的可控工作空间都落在可达工作空间范围内,验证了可控工作空间分析方法的可行性.该方法也适用于多自由度的绳索牵引并联机器人.     

基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法及应用

混联机器人机构兼有并联机构刚度好、定位精确及串联机构工作空间大、控制解耦性好等两方面的综合性能及优点,其设计的关键是基于操作器方位特征集的串(并)联自由度数目和顺序分配、组合方式及新型少自由度并联机构模块的构造及其性能评价.提出基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法,提出单点作业、多点协同作业二类混联机器人的定义、符号表示方法并分析其优缺点;给出按这二类作业方式设计3～5自由度混联机器人分别可能构造出的全部结构组合方案、设计原则和步骤;据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构实例,并研制单喷枪、三喷枪协同二款五轴混联高速喷涂机器人,比较这二种结构的性能优劣.研究为混联机器人机构的机型设计提供了一种一般性方法,为复杂先进装备的创新研制提供了机构设计的基础.     

七自由度双臂机器人旋量理论正向运动学与工作空间分析

机器人关节空间与工作空间的关系是通过正向运动学方程建立的,正向运动学分析是实现轨迹规划和控制的关键。介绍了比D-H参数法计算简单、描述全面的旋量理论法,应用指数积公式分别对七自由度和六自由度双臂机器人的单臂进行运动学分析并建立正向运动学方程。利用ADAMS进行运动仿真,对比发现:仿真结果与通过正向运动学方程求解的数据接近,误差不超过3 mm,验证了结合旋量理论建立的正向运动学方程的正确性;利用MATLAB软件进行工作空间分析,通过工作空间云图对比,得出七自由度双臂机器人有着更大的工作空间,表明拥有肩部关节的七自由度双臂机器人具有更好的运动学性能。     

七自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析

定义了位姿解耦的冗余自由度机器人位置关节空间流形和姿态关节空间流形,将位置关节空间流形和姿态关节空间流形进行配对得到冗余自由度机器人的自运动流形。利用定义的位置关节空间流形和姿态关节空间流形对七自由度自动铺丝机器人进行分析,分别得出七自由度自动铺丝机器人的位置关节空间流形和姿态关节空间流形,配对以后得出七自由度自动铺丝机器人的自运动流形,并进行了仿真验证,结果表明这种分析方法得到的自动铺丝机器人的自运动流形是正确的,而且对于其他类型位姿解耦的冗余自由度机器人自运动流形分析也是适用的。     

混联机器人结构设计及优化

针对传统开放手术病人创伤大、微创手术医生易疲劳等现状,设计出一种基于混联结构的微创手术机器人。为满足微创手术的各种复杂动作,该机器人采用冗余8自由度结构提高其灵活性;结合球关节结构紧凑特点,所设计机器人采用串并联相结合的混联结构提高自身刚度,满足微创手术机器人高精度、小尺寸要求。依据所设计结构,在Matlab软件中对机器人的运动学、灵活工作空间等求解及仿真,论证了结构设计的合理性。     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的承载能力分析

基于一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学解和机构的可达工作空间，分析了该并联机器人机构的承载能力，利用特例在其工作空间内绘制了承载能力指标性能图谱。这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

一种新型3自由度并联机构的奇异性分析

研究一种新型空间3自由度并联机构(HANA)的奇异性。该机构由定平台、动平台和三个联接支链组成，其动平台相对于定平台具有2个移动和1个转动自由度。其结构主要特点是只采用了单自由度的运动副。构型优势主要是转动自由度灵活度高。详细分析了该机构的三类奇异形位，为以后关于该机构的工作空间和转动能力分析以及控制提供基础，特别是基于合理设计的工作空间内无奇异特性将保证该机构拥有很高的转动能力。该机构不仅可以应用在并联机床的设计中，还可以广泛地应用在工业机器人、飞行模拟器和微型机器人等领域。     

基于MRDS七自由度机器人仿真系统的设计

针对VA1400七自由度机器人建立了基于微软机器人工作室(MRDS)的仿真系统。通过运用D-H法,建立了机器人连杆坐标系,并由连杆参数推导出机器人正运动学方程;采用Blender三维建模软件,对七自由度机器人进行建模;使用C#语言调用MRDS提供的运行库,设计了七自由度机器人仿真软件,并用MATLAB软件中的机器人工具箱对仿真结果进行了验证。通过对比2种仿真结果,得到最大偏差为1.15mm,在合理的偏差范围内。该仿真系统逼真地模拟了七自由度机器人的运动状态,为机器人研究人员开发离线编程和仿真软件奠定了基础。     

3-PRS并联机器人概念设计与运动特性研究

提出一类拓扑构型为3-PRS的少自由度并联机器人的概念设计方案。基于旋量理论,研究了所提3-PRS并联机器人的自由度。计算结果表明,所提3-PRS并联机器人为一类具有1移动2转动(1T2R)运动能力的3自由度并联装置。在自由度分析的基础上,进一步构建了3-PRS并联机器人的运动学模型。通过求解闭环矢量运动方程,给出了该类并联机器人的运动学逆解的解析表达。基于所求的运动逆解,构建了考虑机器人几何约束的可达工作空间搜索流程,并据此给出了3-PRS并联机器人的可达工作空间映射。最后,通过参数灵敏度分析,揭示了3-PRS并联机器人主要尺度参数对其可达工作空间的影响规律。研究结果表明,3-PRS并联机器人各尺度参数对其可达工作空间的影响程度不尽一致,在进行机器人尺度综合时,应重点关注动平台半径的影响。     

多自由度假肢运动学分析

对某种机器人型假肢的结构进行了设计,将假肢设计成具有5个运动自由度和1个局部自由度的结构。通过对机器人型假肢结构的特性分析,用D-H法建立了假肢各连杆的坐标系,并推导、获得了假肢手部相对于基础坐标系的运动学正解矩阵方程。在此基础上,借助蒙特卡洛方法,分析了假肢的有效工作空间,并在MATLAB环境下,用图形的方式对其进行了仿真显示。该假肢的工作空间为一椭球缺形状,工作空间的形状紧凑,无空穴和空洞。     

基于工作空间的球面5R并联机器人机构设计

研究球面2自由度2R串联机器人的可达工作空间,并对之进行分类.在此基础上研究球面2自由度5R并联机器人的理论工作空间形成原理,根据理论工作空间的形成条件建立该并联机器人的设计空间,设计空间内包含球面2自由度5R并联机器人机构的所有尺寸型.在设计空间内寻找理论工作空间形状发生变化的机构临界尺寸条件,这些条件将设计空间划分为不同的子区域,不同子区域所对应的球面2自由度5R并联机器人尺寸型机构具有不同形状的工作空间,从而在全部设计空间内对该机器人理论工作空间的形状进行详细分类.探讨该并联机器人机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系,并在设计空间里绘制相应的工作空间面积性能图谱.工作空间形状和面积大小是进行机器人机构设计的重要参考依据.     

一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程，进行了运动学分析；建立了该球面并联机器人的设计空间，探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

运用RGRR-Ⅰ构造5RP混联机器人手臂的构型研究

传统的串联结构的关节式机器人手臂存在在刚度低的缺点。并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ刚度高,且有着工作空间/机构尺寸比大、活动构件少、制造容易等一系列优点。基于关节式机器人手臂的工作要求,运用并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ构造出实现绕XYZ三个直线运动坐标移动,两个运动轴坐标回转的混联五轴联动机器人手臂,并分析其工作机理,建立起有关模型。该研究也为其他混联机器人手臂的设计研究提供了借鉴。     

三足机器人设计与建模

设计了一种6自由度轻型三足机器人,分析了机器人稳定站立和抬腿运动时的自由度,对机器人单腿模型进行运动学分析与理论求解,然后基于运动学模型,利用MATLAB Robotics Toolbox工具箱对机器人足尖工作空间进行数值仿真分析,为后续机器人步态规划和运动控制奠定了基础.