6-DOF抛光打磨机器人的旋量运动分析

针对叶片、汽车轮毂、水龙头等异型工件的抛磨工序长期以来都依赖于工人手工打磨的问题,研发了一款6-DOF机械手,与带有力反馈机构的砂带式抛磨机、上下料滑台、操作台等构成了自动抛光打磨系统。以旋量理论和指数积为基础,建立了6-DOF抛光打磨机器人的运动学模型,并对机器人运动学的正解过程进行分析和计算验证;结合经典的Paden-Kahan子问题法对机器人运动学的逆解过程进行分析和计算验证。计算结果表明:基于旋量理论建立的运动学模型是正确的,该模型可为实际的机器人在抛光打磨过程中的轨迹规划和运动控制提供理论依据。     

基于旋量理论的可重构机器人运动学的研究

研究了可重构机器人的正、逆运动学算法，应用旋量理论和指数积公式法，而非较常用的D—H法建立运动学模型，得出了与机器人构型无关的正运动学算法，并推导得到通用性较好的迭代计算逆解的数值算法，通过基于实例进行Matlab编程的实现，验证了算法的可行性。     

应用旋量理论求解FANUC机器人的正向运动学问题

提出了应用开链机器人指数积公式求解FANUC机器人的正向运动学问题的方法 ,该方法为求解一般闭链机器人的正向运动学问题提供了参数     

基于旋量理论的五自由度焊接机器人正运动学分析研究

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H法更加简化,以五自由度焊接机器人为研究对象,利用旋量理论建立五自由度焊接机器人的理论模型,通过Solidworks建立焊接机器人的虚拟样机,导入虚拟仿真软件ADAMS进行运动学分析。结果表明,ADAMS仿真能直观表达工业机器人的运动规律,同时能验证旋量理论建立的运动方程的正确性和可行性,为后续建立动力学方程、进行运动规划提供了理论基础和新方法。     

基于旋量理论的开链机器人动能的探讨

定义了空间坐标系下的惯性张量和广义惯性矩阵,给出了该坐标系下的刚体动能表示式：推导出物体坐标系下的惯性张量和广义惯性矩阵与空间坐标系下的惯性张量和广义惯性矩阵的关系,分析了空间坐标系下的广义惯性矩阵的特点;推导了开链机器人的动能表达方式,从而为建立机器人动力学方程奠定了基础。     

应用旋量理论建立闭链机器人的动力学方程

提出了应用旋量理论和 L agrangian方程建立闭链机器人动力学方程的一种方法 ,并以 FANUC机器人为例 ,阐述了该方法的具体步骤。     

基于旋量理论的四足机器人运动学分析

在调研分析当前足式机器人的研究进展的基础上,提出一种基于旋量理论的四足机器人运动学建模方法.运用旋量理论建立其运动学模型,建立各个关节的速度螺旋后根据罗德里格斯公式推导出该四足机器人的正运动学显式解析解,运用空间几何方法推导出该四足机器人的逆运动学显式解析解.最后运用专业多体动力学仿真软件Adams对所设计的四足机器人进行运动学仿真分析,验证了运动学理论推导的正确性及改四足机器人设计的合理性.提出四足机器人运动学算法的显式解析解,特别适用于对四足机器人控制有实时性要求的应用场景,为足式机器人的实时控制打下坚实的算法基础.该四足机器人运动学算法对后续的四足机器人甚至足式机器人的动力学、轨迹规划、步态规划研究都具有重要的参考意义.     

基于旋量理论的四足机器人运动学分析

在调研分析当前足式机器人的研究进展的基础上,提出一种基于旋量理论的四足机器人运动学建模方法.运用旋量理论建立其运动学模型,建立各个关节的速度螺旋后根据罗德里格斯公式推导出该四足机器人的正运动学显式解析解,运用空间几何方法推导出该四足机器人的逆运动学显式解析解.最后运用专业多体动力学仿真软件Adams对所设计的四足机器人进行运动学仿真分析,验证了运动学理论推导的正确性及改四足机器人设计的合理性.提出四足机器人运动学算法的显式解析解,特别适用于对四足机器人控制有实时性要求的应用场景,为足式机器人的实时控制打下坚实的算法基础.该四足机器人运动学算法对后续的四足机器人甚至足式机器人的动力学、轨迹规划、步态规划研究都具有重要的参考意义.     

基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

旋量理论与矢量积法相结合求解雅可比矩阵

雅可比矩阵是描述机器人特征的重要参数之一。基于旋量理论和矢量积法,本文提出了求解雅可比矩阵的改进方法。该方法继承了旋量理论用于机器人操作的优越性,避免了采用传统DH参数法来建立局部坐标系,简化了机器人运动学、动力学的分析方法。本文针对一种三分支机器人进行了计算机仿真,结果证实了所提方法的正确性与实用性。     

基于ADAMS的5自由度机器人运动学仿真

本文介绍了基于ADAMS的5自由度机器人的三维建模方法,并用ADAMS的运动仿真功能对5自由度机器人的运动特性进行了仿真分析,给出了机器人在典型运动状态下,手部末端的位移、速度及加速度等特性曲线,为机器人运动控制及优化设计提供参考依据。     

新型两驱动空间并联机构的结构分析

研究空间二自由度4R对称并联机构模型.基于螺旋理论,分析研究了该机构的构型,建立了各支链的运动螺旋系及其约束螺旋.利用经典的Kutzbach-Grübler计算公式得到该机构的自由度数为2,与实际驱动输入一致.研究结果为该类机构的进一步分析提供了理论依据.     

Reciprocal screw theory based singularity analysis of a novel 3-DOF parallel manipulator

Singularity analysis is an essential issue for the development and application of parallel manipulators.Most of the existing researches focus on the singularity of parallel manipulators are carried out based on the study of Jacobian matrices.A 3-DOF parallel manipulator with symmetrical structure is presented.The novel parallel manipulator employs only revolute joints and consists of four closed-loop subchains connecting to both base and platform via revolute joints.The closed-loop subchain in each chain-leg is a spherical 6R linkage.The motion characteristics of the output link in the spherical 6R linkage with symmetrical structure are analyzed based on the interrelationships between screw systems.The constraints that are exerted on the platform by each chain-leg are investigated applying the concept of generalized kinematic pair in terms of equivalent screw system.Considering the geometric characteristics of the parallel manipulator,the singularity criteria of the parallel manipulator corresponding to different configurations are revealed based on the dependency of screw system and line geometry.The existing conditions of certain configuration that a singularity must occur are determined.This paper presents a new way of singularity analysis based on disposition of constraint forces on the geometrically identified constraint plane and the proposed approach is capable of avoiding the complexity in solving the Jacobian matrices.     

面向五自由度机器人的新型控制算法研究

在传统机器人运动学分析方法的基础上,对机器人运动学方程进行了简化。根据简化后的运动学方程构造了一种新的运动学分析算法。以该算法为核心,设计了一种软件化的五自由度步进电机机器人控制器。该控制器能够依据输入的空间坐标信息按照新设计的算法计算各关节变量,根据驱动电机特性通过并口发送控制脉冲控制机器人运动。计算实例验证了所设计的算法和五自由度机器人控制器的可行性。     

五自由度上肢康复机械手臂的雅戈比逆矩阵

康复机器人是目前研究的热点方向之一,针对五自由度上肢康复机械手臂,通过ADAMS建立了康复手臂的几何仿真模型。在运动学分析的基础上,求解5个自由度θ1-θ5微分的解析解,得到了五自由度康复机械手臂的雅戈比逆矩阵,并对相关自由度进行了加速度仿真分析,为完善康复手臂的控制效果提供了依据。     

A study on tracking error based on mechatronics model of a 5-DOF hybrid spray-painting robot

Industrial robots suffer from difficulties in predicting and guaranteeing tracking performance due to the complex dynamic behavior and inaccurate mechatronics model. This study investigates the tracking error and motion accuracy improvement based on a mechatronics model of a 5-degree of freedom hybrid spray-painting robot. The dynamic model of the robot is derived by using Lagrange equation, and an identification method is presented to identify the torque coefficient and joint friction synchronously. An accurate mechatronics model is established after the theoretical dynamic modeling and friction identification. The tracking error generation mechanism of the robot control system is studied, and its analytical equation is derived on the basis of a transfer function. A multichannel feedforward controller is synthesized to reduce the tracking error from different sources. The effectiveness of the proposed method in improving tracking accuracy is verified by physical experiments.

     

基于螺旋理论的少自由度机器人速度反解及奇异性分析

采用螺旋理论对少自由度(自由度少于6)机器人的速度反解及奇异性进行了分析.根据机器人反螺旋系统确定了笛卡尔操作空间到关节空间的速度映射关系,并由螺旋及反螺旋理论所获得的雅可比矩阵对少自由度机器人的奇异性进行了分析.通过对4自由度Stanford型机器人的仿真研究说明了该方法的有效性.     

基于螺旋理论的3-RPS型并联机器人运动学分析

3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方法对其运动学正解/反解进行求解,得出该并联机构运动学方程。基于对称非齐次性少自由度并联机构Jacobine矩阵,进一步对该类型并联机器人结构奇异性进行分析与总结。     

基于螺旋理论的冗余液压驱动四足机器人运动学分析

四足机器人的各种研究大多基于四条腿弯曲方向一致展开的。对于液压驱动且具有冗余度的四足机器人,静止姿态下,其前面两条腿与后面两条腿成对称弯曲状。为了研究这种机器人单腿运动和躯体运动状态,文中建立了基于螺旋理论的液压驱动四足机器人运动学模型,包括给出了单腿串联运动学逆解和躯体并联运动学正解。然后根据机器人行走过程设计出后面两条腿的髋关节与膝关节摆幅角度,通过建立的运动学模型,得到前面两条腿的关节变量及躯体姿态。最后通过MATLAB数值仿真和ADAMS虚拟样机实验,对机器人在一种行走方案下的躯体运动姿态进行仿真对比,验证了所建运动学模型的可靠性。     

Continuous path control of a 5-DOF parallel-serial hybrid robot

Using the 5-degree of freedom parallel-serial hybrid robot, to realize the de-burring, new forward and inverse kinematic calculation methods based on the “off-line teaching” method are proposed. This hybrid robot consists of a parallel stage section and a serial stage section. Considering this point, each section is calculated individually. And the continuous path control algorithm of this hybrid robot is proposed. To verify the usefulness, a prototype robot is tested which is controlled based on the proposed methods. This verification includes a positioning test and a pose test. The positioning test evaluates the continuous path of the tool center point. The pose test evaluates the pose on the tool center point. As the result, it is confirmed that this hybrid robot moves correctly using the proposed methods.