基于Visual C++的6R机械手仿真平台的程序设计

为了实现六自由度机械手的运动仿真,采用Visual C++设计了三维运动仿真系统。通过对结构参数和位置参数的设置,可以清楚地显示出6R机械手的结构外形以及尺寸链驱动,并自动演示机械手末端的运动轨迹。实验表明,使用该系统进行机械手仿真能使使用者直观了解机器人在整个运动过程中的情况。     

3R机械手直接位置问题与间接位置问题

本文以自动化系机械自动化教研室设计的RPS—Ⅰ型机器人为实例,概要地介绍了三个关节机械手的直接位置问题,详细地介绍了该机械手的间接位置问题。它的仿真运算、树状解及其在实际中的应用。     

空间一般6R机械手位置反解的新方法

将共形几何代数（CGA）和迪克逊（Dixon）结式引入串联机构逆运动分析中,对一般6R机器人的位置进行了反解. 先把齐次变换矩阵转以共形几何代数形式表示,在此基础上建立了共形几何代数形式的串联6R机械手运动学方程,再通过线性消元和Dixon结式消元消去5个变元,然后对Dixon结式进一步处理,最后得到1个一元16次方程. 这种算法也适用于其他具有16解的7R、1P5R和4R1C等串联机械手位置反解问题,具有一定的通用性.     

基于神经网络的非驱动关节机械臂位置控制研究

提出了一种对具有非驱动关节机器人基于神经网络的位置开环控制方法,首先在驱动臂施加振动扰动,使非驱动臂达到稳定平衡点,再通过神经网络学习驱动臂与非驱动臂的运动关系,利用该关系实现了非驱动臂的任意位置开环控制,在此基础上,设计开发了具有非驱动关节的平面2自由度机械手,并且将该方法实际应用于该机械手模型进行了控制实验,试验结果表明,该方法是可行的,实现了非驱动臂的任意位置控制。     

多连杆柔性机械手控制的遗传算法

讨论了多连杆柔性机械手末端位置的控制问题,因为基于逆动力学的控制不易保证系统的稳定性,给出了一种非线性预测与刚性运动PD反馈相结合的混合控制器,由于控制器的参数较多,且呈复杂的非线性关系,传统设计方法难以保证控制器稳定性。提出一种基于遗传算法的设计方法,采用遗传算法选择控制器的参数,配置系统的极点,通过一个双连杆柔性机械手的仿真表明,采用遗传传算法设计的系统可实现多连杆预柔性机械手末端轨迹的准确跟踪,同时能消除柔性机械手的弹性振动。     

经济型气动机器人任意位置准确定位及提高定位精度的方法研究

本文对经济型气动机器人难于实现任意位置准确定位的问题,进行了初步的研究与试验。建立了包含4N个结构参数与运动参数误差引起的气动机器人手部动态误差的数学模型,分析了关节间隙,构件的加工、装配误差、弹性变形、控制系统、检测系统的误差以及由于空气的可压缩性引起的误差,提出了提高定位精度的方法,研制了经济型气动机器人任意位置准确定位装置,其重复位置精度达到±0.5～0.8mm,有效地减小了误差和定位时的冲击,实现了经济型气动机器人任意位置的准确定位,为气动机器人的轨迹控制,扩大应用范围创造了条件。     

水平多关节机械手运动学分析与仿真

为了研究水平多关节喷涂机械手的运动轨迹规划及控制问题,利用常规的D-H参数法推导出机械手的运动学方程,求解并分析了机械手的正、逆运动学问题.最后,利用MATLAB工具建立机械手仿真模型,针对具体的喷涂对象选取空间特征点,基于空间特征点并结合逆运动学分析结果,完成机械手喷涂作业的轨迹规划与运动仿真.研究结果表明了机械手结构及参数设定的合理性,并验证了其运动学正、逆解的正确性,为后续的机械手控制的研究开发奠定了重要基础.     

基于万有D''''Alembert原理的机械手动力学分析与计算实现

本文用建立方法的 Gauss 变分原理导出了 Kane 动力学方程和 Rober-son—Wittenburg 方法中的动力学普遍方程,认为从广义的角度讲,上述方法的出发点都是万有 D' Alembert 原理,它们之间存在着内在联系。文章还介绍了作者根据方法编写的求解具有任意自由度数和任意关节形式的单式开链机械手动力学两类问题的通用程序,以及对 Stanford 六自由度机械手的求解过程。     

多关节机械手的位置分析与综合

本文主要内容是探讨多关节机械手的理论性问题,为多关节机械手的研制工作提供有关理论分析和设计方法。近几年来,我们参与研制多关节机械手工作,遇到一系列需要解决的理论问题。如位置分析,位置综合、速度、加速度分析、精度分析等。本文试从位置分析与位置综合方面进行探讨。作者查阅了有关资料,借助于“轴旋转矩阵”[R_(φ,μ)],合理的选择坐标系,提出了解决这类问题较为简便明了的方法。类似的方法亦可推广用于解决速度分析,加速度分析以及精度分析等问题。     

基于Matlab的拉伸机上下料机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立了拉伸机上下料机械手的运动学模型,运用Matlab的Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,得出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证机械手结构参数设计的合理性,也为机械手的控制系统设计和动力学、轨迹规划等研究提供了理论分析的依据。     

利用长方体的投影计算摄像机参数

本文以已知长方体作为标准标志物，依据从其一幅投影图象抽取的直线确定7个三角形，以其重心为基础拟合出3条直线，据此确定灭点和角点并使用透视投影基本方程对其中2个角点进行修正，利用这些点构造投影变形矩阵，提出一种计算摄像机参数的简单方法。本文考虑的是三点透视投影。     

基于分块矩阵的6R机器人实时逆解算法

为提高6R机器人逆运动学求解的强实时性,提出了一种基于分块矩阵相乘来求解逆运动学的方法。将复杂的6个矩阵方程转换为含有6个未知变量的8个纯代数方程来进行求解,并在方程简化过程中引用符号运算预处理,避免了大量浮点运算带来累积误差。通过方程组的优化,可避免第3关节变量求解中产生增根的情况。试验结果表明,在同等精度要求下,该逆解算法相比于其他算法具有更强的实时性,得到精确的8组封闭解平均仅需0.009 7 ms,能够满足机器人的在线控制要求。     

空间连杆机构位置分析的闭链装配法

提出一种空间连杆机构位置分析的新方法。首先,利用假设的开链机构实现了机构结构尺寸参数的描述与存储,再用闭链装配的数学条件直接建立位置分析矩阵方程,从而实现了对矩阵方程的直接推导并求解出位移输出量。实际的算例显示了这是一个系统和实用性都很强的方法,特别适用于计算机上运动分析算法的实现。     

线性化处理方法在水力机械运动分析中的应用

以水力步进系统为例,阐述了线性化处理方法在水力机械运动分析中的应用,针对流场的复杂性,采用微偏法和分段法对描述其运动特性的二阶非线性微分方程组进行了合理的线性化处理,然后拉普拉斯数学变换进行求解,得出了步进体在平衡点附近的运动规律和任意位置时的简单数值解,据此,可进一步分析步进体的运动特性,系统的可靠性,并进行优化设计。     

Inverse kinematics of a heavy duty manipulator with 6-DOF based on dual quaternion

An iterative method is introduced successfully to solve the inverse kinematics of a 6-DOF manipulator of a tunnel drilling rig based on dual quaternion, which is difficult to get the solution by Denavit-Hartenberg(D-H) based methods. By the intuitive expression of dual quaternion to the orientation of rigid body, the coordinate frames assigned to each joint are established all in the same orientation, which does not need to use the D-H procedure. The compact and simple form of kinematic equations, consisting of position equations and orientation equations, is also the consequence of dual quaternion calculations. The iterative process is basically of two steps which are related to solving the position equations and orientation equations correspondingly. First, assume an initial value of the iterative variable; then, the position equations can be solved because of the reduced number of unknown variables in the position equations and the orientation equations can be solved by applying the solution from the position equations, which obtains an updated value for the iterative variable; finally, repeat the procedure by using the updated iterative variable to the position equations till the prescribed accuracy is obtained. The method proposed has a clear geometric meaning, and the algorithm is simple and direct. Simulation for 100 poses of the end frame shows that the average running time of inverse kinematics calculation for each demanded pose of end-effector is 7.2 ms on an ordinary laptop, which is good enough for practical use. The iteration counts 2-4 cycles generally, which is a quick convergence. The method proposed here has been successfully used in the project of automating a hydraulic rig.     

编队飞行卫星相对轨道确定方法研究

针对2颗卫星编队飞行的情形,研究了星间位置测量量为相对距离、方位角和俯仰角时的卫星相对轨道自主确定方法。首先根据C-W-Hill(Clo-hessy-Wiltshire-Hill)方程得到卫星运动的状态方程;然后基于星间测量量确定观测方程,使用2种方法进行相对位置、相对速度参数的估计,实现对卫星相对轨道的确定;最后对这2种方法进行仿真,结果证明了它们的可行性。     

鼓形齿轮联轴器渐开线齿廓的理论分析

从理论上建立了渐开线鼓形齿齿廓方程，并由此方程推导出鼓形齿联轴器的齿面接触点位置、齿侧间隙和综合曲率半径的计算式。借助数值方法可用于鼓形齿联轴器齿形参数的优化设计。     

助行训练机器人骨盆位姿控制机构动力学研究

为了辅助病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构.根据该机构的原理简图和各杆件的受力,利用牛顿定律分别建立了各杆件的动力学方程.基于联立约束法建立了骨盆位姿控制机构的动力学模型,并根据骨盆位姿的运动规划完成了动力学仿真分析,得到了机构的驱动力(矩)曲线和各杆件的加速度曲线.仿真结果表明,该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,动力学仿真可以方便地获得机构的运动参数.该研究为实现助行训练机器人的控制及性能改进提供了理论依据.     

多节等径直角弯头展开图的一种近似画法

本文介绍了一种用半径为R的圆弧绘制多节等径直角弯头展开曲线的方法——圆弧法。该方法能绘制任意弯头半径、管口直径、节数、剪开方位的斜口管展开图。并着重对圆弧法和精确作图的计算方法,进行了数学分析比较,其绝对误差和相对误差都较小,证明了用圆弧法绘展开图有一定的准确性,且随着节数增多、弯头半径增大,其准确度越高,因此,本方法绘图简便、灵活,有一定的实用价值。     

利用高斯牛顿迭代的时频差无源定位算法

针对传统高斯牛顿迭代法在时差-频差定位中因迭代初始值不准而易出现的不收敛问题,提出一种基于约束加权最小二乘(CWLS)的高斯牛顿迭代定位算法。该算法首先将定位问题中关于目标位置、速度的时差-频差非线性定位方程转化为伪线性方程,分步估计目标位置、速度初始值;为实现初始值的精确估计,将目标位置与辅助变量等式约束关系松弛为二阶锥约束(SOCP)条件;引入随机鲁棒最小二乘(SRLS)构建新的线性关系,当新线性关系的最小二乘解不满足二阶锥约束条件时,使用半定规划(SDP)技术求解目标位置的估计解,通过获得的目标位置来对目标速度进行求解;获得目标参数估计初始值后,建立时差-频差定位系统下关于目标位置与速度的高斯牛顿迭代方程,利用高斯牛顿迭代对目标参数进行寻优求解,该迭代过程不需要引入辅助参数,可以直接得到目标参数。仿真实验表明,所提算法对近场目标与远场目标均有很好的定位效果,较已有经典两步加权算法,其鲁棒性好、定位精度高。同时,仿真结果表明了高斯牛顿迭代方程时对初始值优化的必要性。