考虑谐波传动滞后的柔性空间机械臂运动精度

空间机械臂是完成释放、回收卫星以及空间站在轨装配、维修等多种任务的航天器重要维护工具,其末端执行器运动轨迹的精度优劣直接关系到航天工作任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构,该减速机构会产生运动滞后效应。结合谐波减速器传动滞后模型,基于Rayleigh-Ritz 法给出考虑臂杆柔性与谐波传动运动滞后的动力学方程。提出描述输出误差的精度指标,研究臂杆刚度与滞后相位角对输出精度特性的影响,得到了对空间机械臂工程设计有一定参考意义的结果。     

基于A~*算法的空间机械臂避障路径规划

针对空间机械臂在轨操作任务需求,提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性,根据障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上,利用A*算法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索,实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。     

刚柔结合的充电机械臂设计

针对大型运输设备上的电池充电补给任务,设计了一款刚柔结合充电机械臂.针对机械臂的柔性部分和刚性部分分别分析了关节、任务、驱动空间之间的运动映射关系,给出了两级柔性臂的解耦运动学算法,使用蒙特卡洛方法求解了机械臂的工作空间,验证了机械臂设计的合理性,并用Adams软件进行动力学仿真分析,校核了设备选型的安全性.     

基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明：所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。     

基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法

针对实际工况下结构可靠性影响因素复杂多样的特点,提出一种基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法。首先,融合最优多项式响应面函数与Sobol’灵敏度算法,推导出兼顾多影响因素局部与全局灵敏度分析的响应面修正灵敏度模型。并在此基础上,结合耦合因素的试验设计与极差验证、多体动力学分析、结构静力学分析,建立一种结构可靠性影响因素的灵敏度量化分析方法。最后,以典型收割机结构为分析对象对提出方法进行实例研究,研究结果表明脱粒滚筒转速对结构可靠性的灵敏度影响最大,粮仓负载的影响最小,其平均预测精度为97.36%,提出的方法可以实现多种耦合影响因素的灵敏度精确分析,从而为结构可靠性影响因素评估提供了一种思路。     

基于可靠性的机械臂运动优化控制与仿真研究

针对当前机械臂运行的可靠性要求,从可靠性评价的相关指标入手,选择末端位姿精度、末端速度精度和末端力精度作为评价指标,从多因素的角度对空间机械臂运动优化模型进行构建,通过采用协方差矩阵算法对目标函数进行求解。最后通过仿真试验,得到在不同阈值下空间机械臂运行的可靠性,结果表明经优化后,其运行可靠性可达到73.7%,大大高于优化前的39%,进而验证本文构建的空间机械臂运行模型具有一定的可行性。     

空间机械臂在轨插、拔孔操作力/位姿阻抗控制

利用空间机械臂进行在轨组装、维护、燃料加注等已成为必然趋势,而插、拔孔操作是实现上述任务的基础.讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.首先,建立了载体位置、姿态均不受控下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程;由末端部件插头位姿及其输出主动力之间的动态关系以及阻抗控制原理,建立了阻抗控制模型.在此基础...     

角度与运动约束下串联式机械臂工作空间求解与结构优化

深水作业机械臂通常采用串联式结构,机械臂每个关节的转动角度与长度会受到相应的限制,这些参数会直接影响到机械臂的运动轨迹规划和作业效率。机械臂的有效工作空间的求解是一个多目标多约束的优化问题。通过数学分析建立机械臂的运动学模型,分析影响有效工作空间的相关参数,利用图解法来分析机械臂工作空间的边界曲线,得到机械臂的有效工作空间的截面。针对机械臂有效工作空间的截面积建立数学解析模型,最后运用遗传算法求得满足约束条件下的机械臂有效工作空间最优解和能够实现高效作业的最优结构参数。仿真结果表明,该模型能够有效求解角度与运动约束下的串联式机械臂结构优化问题。     

可重构模块化空间机械臂的模块库与构型

面向我国空间站战略计划实施,为了满足航天器舱内外各种任务需求,尤其是解决空间站复杂多样的在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题,根据空间站典型的任务需求,基于模块化可重构机器人的设计思想,研究空间机械臂的各个功能模块,建立完整的模块库,根据任务需求,搭建了三种机械臂构型,并仿真验证了直线模块对机械臂工作空间的影响。     

基于动态规划算法的液压驱动机械臂运动控制研究

液压驱动机械臂运动控制系统是一种时变且强耦合的非线性控制系统，在面对复杂的作业场景中需要更为精确的运动规划，针对液压驱动机械臂运动控制系统运动轨迹控制精度问题，在液压驱动机械臂运动学模型基础上，对传感器输出信号进行双闭环平均值滤波处理，通过对机械臂逆运动学进行求解，采用动态规划控制算法对液压驱动机械臂进行运动轨迹的最优控制，最后在液压驱动机械臂集成测试环境中验证算法的可靠性和准确性，实验结果表明，采用动态规划算法能够快速提升液压机械臂的运动控制精确度，满足机械臂的实时控制需求。     

一种串联机械臂关节空间刚度最优路径求解方法

串联机械臂关节空间路径求解是机器人研究领域的热点。然而,现有研究往往欠虑串联机械臂自身弱刚性,致使串联机械臂在给定操作空间路径下关节空间路径选择不当,影响运动精度。为提升串联机械臂在实际工作时刚度,提出一种串联机械臂关节空间刚度最优路径求解方法。首先基于Levenberg-Marquardt(LM)算法求取串联机械臂关节空间路径可行解,进而通过定义串联机械臂刚度性能指标,以刚度性能最大为目标,实现串联机械臂关节空间刚度最优路径求解,最后在6轴串联机械臂上进行方法验证。结果表明,面向相同操作空间路径,提出方法得到的串联机械臂关节空间路径刚度与基于连续迭代的数值法相比提高了50%以上,证明提出方法可有效提升给定操作空间路径下串联机械臂运动刚度,对提高串联机械臂运动精度,抑制变形和颤振,进而实现串联机械臂在机械加工领域的推广与应用具有重要意义。     

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。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真研究

针对六自由度机械手臂的运动学分析问题及其工作可靠性的探究,设计开发了一套基于OpenGL的六自由度机械臂仿真软件.采用D-H参数法构建机械臂模型,对六自由度机械手臂进行了正、逆运动学分析,求解得到机械臂的正逆解.研究设计了机械臂的空间直线和圆弧插补算法,实现了机械臂在三维空间中按照目标轨迹的可靠运动.在VS2017软件...     

可重构式机械臂运动构型与关节控制系统研究

为了服务于我国空间战略实施计划,从解决空间站复杂多样的在轨任务出发,分析任务特点, 利用已经建立的机械臂模块库中的各类运动模块搭建机械臂构型。针对机械臂构型分析关节运动特点,设 计关节控制器,并采用Ｚ- Ｎ 法结合遗传算法优化关节控制器控制参数,并对该方法进行了仿真验证,说明 该方法的可行性。     

柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振

讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前,结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在接触、碰撞持续过程,考虑空间机械臂与卫星间的运动几何关系、力传递关系,并基于动量守恒关系,分析接触、碰撞对空间机械臂系统刚性运动和柔性振动状态的影响效应。在接触、碰撞后,根据空间机械臂与目标卫星的相互作用内力关系,建立两者混合体系统的综合动力学模型,并针对上述接触、碰撞的影响效应,基于奇异摄动理论将混合体系统综合动力学模型分解为快、慢变子系统,其中,快变子系统表征系统柔性振动,慢变子系统表征系统刚性运动,并对慢变子系统设计镇定运动的径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络控制算法,而对快变子系统设计振动主动抑制的线性二次最优控制算法。数值仿真证实上述控制算法的有效性。     

空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析

根据空间大型机械臂对漂浮载荷的捕获要求,研制了一套基于腱-鞘传动的大型空间末端执行器原理样机。小质量/小惯量漂浮载荷是在轨捕获的难点,因此,基于欧拉方程建立末端执行器对漂浮载荷的捕获模型,开展小载荷捕获影响因素的研究,从而明确影响漂浮载荷捕获可靠性的关键参数。并通过Hertz接触模型建立了末端执行器的数值仿真模型,完成了末端执行器对漂浮载荷的捕获数值仿真,从而进一步验证了理论分析的正确性,并为大型机械臂在轨捕获的策略制定提供了依据。     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法

运动助力机械臂的轨迹跟踪控制是实现高精度工作的关键。由于运动助力机械臂参数存在的不确定性等因素，导致运动助力机械臂轨迹跟踪误差较高，为此，提出了运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法。分析运动助力机械臂空间位置和变换关系，根据运动助力机械臂关节与连杆之间的空间坐标矩阵变换过程，构建齐次坐标变换矩阵，获取机械臂末端执行器的空间位姿矩阵。通过定义机械臂轨迹的相关性特征集，得到机械臂轨迹跟踪误差的校正指标。基于置信概率计算，确定机械臂轨迹跟踪误差校正的约束范围，构建约束参量分析模型。采用遗传算法的原理，求解运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正参数，实现运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正。实验结果表明，所提方法的运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正效果较好，能够有效提高运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正精度。     

基于等效臂的遥操作机械臂的运动性能优化方法

随着工业技术的发展，遥操作系统被广泛地应用于各领域之中。在遥操作过程中，从臂的运动性能影响着任务的完成效果。因此，希望在从臂跟随人臂轨迹运动的同时，对从臂性能进行优化。然而，现有性能优化方法会改变机械臂的运动状态，导致人臂和机械臂的运动不相似。为此，文章提出了基于等效臂的遥操作性能优化方法。首先，基于等效臂模型建立运动学映射方法，将人臂运动信息完整的映射到机械臂。然后，提出性能优化方法，通过调整等效臂来优化机械臂的运动性能。最后，进行了性能优化实验，实验结果表明性能优化方法能够在保证两臂运动相似性的同时，提升机械臂的性能指标。