2-DOF冗余平面并联机构的奇异位形与冗余性研究

首先介绍一种 2 DOF冗余平面并联机构的奇异位形 ,然后分析了奇异位形对机构精度、刚度的影响 ,定义了一种机构性能的度量指标 ,最后阐述了采用驱动冗余减小和消除奇异位形影响方法及效果     

冗余度机器人多关节故障的运动学容错性及其优化

首先基于对冗余度机器人故障构形的操作灵巧性分析,推导出机器人各阶子构形可操作度之间的关系。其次,分析了多关节故障构形下的相对操作灵巧性,并进一步由子构形的可操作度及对应的相对可操作度出发,提出了适用于多关节故障的运动学容错性优化目标。这种算法具有计算量小、可在线实时运算并保证关节速度连续的特点,所提优化目标适用于一个或多个关节故障。算例显示了算法的有效性。     

具有容错性能的6R机械手位置反解

一般6R机械手在一个关节发生故障时，成为5R机械手或称欠自由度机械手。如果机械手抓取的是棒状物体，可以对手爪围绕棒中心线的转动姿态参数不加限制，从而把这一转动虚拟成一个未知的旋转关节，这样欠自由度机械手的位置反解问题就转换成含有6个未知量的位置反解问题。由于其结构参数将发生变化，且故障的关节是不确定的，因而反解程序须满足这一不确定性要求。一旦位置反解的运动学方程建立之后，解方程的过程与一般6R机械手的算法类似。通过数值算例，验证了机械手末端姿态γ不加限制时，这种单关节故障的一般6R机械手位置反解的个数是16。     

基于活动标架法的二自由度机器人操作性能分析

用活动标架法研究了二自由度机器人机构的运动学 ,得出了机器人机构的一些不变量 ,并根据它们定义了机器人的平移体积、旋转体积、可操作性指标和灵活度 ,用这些指标评价机器人的操作性能。并由此得出了机器人产生奇异的条件 ,研究了工作空间曲面和奇异曲面的几何性质 ,计算了它们的法曲率和高斯曲率     

基于构形控制的仿人机器人操作臂最小关节运动研究

以宜人化双臂操作服务型机器人的左臂为研究对象，进行仿真研究与分析。建立七自由度的冗余操作臂的运动学模型；以加权关节运动为优化目标，利用构形控制的方法求解操作臂的运动学逆解。仿真结果证明，在保证操作臂末端精确跟踪设定轨迹的前提下，关节运动避免了极限，加权关节运动得到了优化，算法和优化指标有效可靠。     

基于黑板模型的排球机器人动作规划

基于黑板模型设计了排球机器人动作规划框架,并将动作规划中的各个子任务定义为智能体。由黑板激活相应的智能体进行子任务求解,从而完成排球机器人的击球动作规划问题。此外,考虑到排球任务的特点,以机械臂的可操作度作为评价函数,选取最优的机械臂构形。最后,采用MatlabSimulink对平面3连杆机械臂的击球问题进行了仿真研究,得到满足可操作度指标下的最优击球动作。该仿真的实现过程体现了基于黑板模型及多智能体技术的思想。     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

一种新型并联机器人的奇异性与工作空间研究

针对一种六棱锥式新型并联机器人的轨迹规划问题,基于具有反解选取准则的机构逆运动学方程,对奇异性和工作空间进行深入研究。由雅可比矩阵提出机构奇异判别方程,并引入可操作度性能指标进行奇异性分析。考虑运动副范围以及连杆干涉等约束条件,采用三维边界搜索法,给出机构在定姿态下工作空间的三维可视化描述。进行边界采样实验,实验结果表明了仿真的正确性。研究结果可为无奇异轨迹规划提供理论依据。     

基于能量模型的柔性关节机械臂参数辨识方法

对关节动力学模型和机械臂能量模型进行了介绍,基于能量模型,提出了柔性关节机械臂参数的辨识方法。这一方法通过建立能量输入与机械臂动力学参数的线性化关系,由最小二乘法实现参数辨识。应用这一方法在六自由度柔性关节机械臂上进行动力学参数辨识试验,验证了方法的有效性。     

柔性冗余度机器人的可操作性桑度的研究

把机器人操作器的杆件的柔度按照势能等效原理附加到杆件的伺服关节柔度上,称为等效关节柔度;利用操作器的关节空间和直角坐标空间的对偶关系,得到操作器末端的等效柔度矩阵,并提出了综合柔度的概念,以表明操作器末端柔度大小;结合冗余度机器人操作器的可操作性能,提出了在柔性冗余度机器人中操作器的柔性和可操作性对其性能的综合影响指标——可操作性柔度。通过调整冗余度机器人的"自运动"最小化可操作性柔度,从而取得具有较低的柔性和较好的操作性能的操作器的最佳工作姿态,为柔性冗余度机器人的控制提供了依据。     

柔性冗余度机器人的可操作性柔度的研究

把机器人操作器的杆件的柔度按照势能等效原理附加杆件的伺服关节柔度上,称为等效关节柔度;利用操作器的关节空间和直角坐标的空间的对偶关系,得到操作器末端的等效柔度矩阵,并提出了综合柔度的概念,以表明操作器末端柔度大小;结合冗余度机器人操作器的可操作性能,提出了在柔性冗余度机器人中操作器的柔性和可操作性对其性能的综合影响指标－－可操作性柔度。通过调整冗余度机器人的“自运动”最小化可操作性柔度,从而取得具有较低的柔性和较好的操作性能的操作器的最佳工作姿态,为柔性冗余度机器人的控制提供了依据。     

冗余度机械臂容错操作中关节速度突变的影响因素分析

运用综合可操作度作为容错性能指标,在任务空间分别处于容错空间之内和超出容错空间两种情况下,分析计算了冗余度机器人在末端执行任务过程中,关节发生故障并被锁定前后,其它关节速度的突变情况;并对平面3R机械臂进行了仿真研究。结果表明,性能指标、末端起始点位置、关节起始位形角,末端速度以及步长等都会影响到关节速度突变。     

一类新的冗余度机器人关节运动优化方法

针对冗余度机器人机构的关节运动优化进行研究.在机器人力可操作椭球及方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人力方向可操作度,以力方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节运动优化的一种新方法.与基于伪逆的优化结果比较,本文优化使得机器人力方向可操作度达到期望值的时间明显减少,在给定方向上力的传递性能得到改善,且能避免奇异.     

基于大工作空间的三自由度并联机器人的机构研究

针对并联机器人工作空间相对较小的问题,采用菱形机构代替传统的串联支链,即运用虚拟轴代替实轴,减少并联机器人工作空间受杆长约束的范围,进而扩大机器人的工作空间,并且在z轴上具有较大的伸缩比。运用这个原理设计了一个大缩放比的三自由度并联机器人,并对该机器人进行了自由度、基本运动学和工作空间的分析。从分析结果可以看出,该机器人具有较大的工作空间。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

Robust nonlinear control of a 6 DOF parallel manipulator : Task space approach

This paper presents a robust nonlinear controller for a 6 degree of freedom (DOF) parallel manipulator in the task space coordinates. The proposed control strategy requires information on orientations and translations in the task space unlike the joint space or link space control scheme. Although a 6 DOF sensor may provide such information in a straightforward manner, its cost calls for a more economical alternative. A novel indirect method based on the readily available length information engages as a potential candidate to replace a 6 DOF sensor. The indirect approach generates the necessary information by solving the forward kinematics and subsequently applying alpha-beta-gamma tracker. With the 6 DOF signals available, a robust nonlinear task space control (RNTC) scheme is proposed based on the Lyapunov redesign method, whose stability is rigorously proved. The performance of the proposed RNTC with the new estimation scheme is evaluated via experiments. First, the results of the estimator are compared with the rate-gyro signals, which indicates excellent agreement. Then, the RNTC with on-line estimated 6 DOF data is shown to achieve excellent control performance to sinusoidal inputs, which is superior to those of a commonly used proportional-plus-integral-plus-derivative controller with a feedforward friction compensation under joint space coordinates and the nonlinear controller under task space coordinates.     

危险作业机器人机械臂设计及其运动学分析

从危险作业机器人的任务需求出发创新设计了一种带有平移自由度的六自由度机械臂,建立了机械臂的虚拟样机模型,机械手工作域的仿真分析表明较好的满足了设计要求。同时,运用D-H法建立机器人的连杆坐标系,进行了正向运动学分析,推导出机械臂的运动学方程以及手爪坐标系相对于基坐标系的位姿矩阵,针对运动学方程的特点,提出了解析法和基于正向运动学分析的可行解估计法相结合的试探搜索算法进行逆运动学求解,实例分析和编程验算表明该方法稳健可靠,计算精度和处理速度能够满足机器人实时在线控制的要求,并且可以应用于机器人轨迹规划和跟踪控制。     

一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

构造仿生关节的 3自由度并联机构运动特性

论述用并联机构构造仿生关节的原理,讨论仿生关节的结构特点,分析生物关节的运动特性及控制特点。采用三自由度具有与生物关节相似机械结构的滑块式并联机构;对采用的并联机构进行结构原理设计。建立机构位置方程,建立基于智能控制的位姿变换矩阵。设计仿生关节机构的结构参数;应用数值解法对机构的结构参数作仿真,并对其结论作分析。