基于粒子群算法的空间机械臂关节驱动力矩优化设计

采用绝对节点坐标方法对空间柔性机械臂臂杆进行动力学建模,采用自然坐标法对机械臂关节进行建模,最终得到刚柔耦合的空间机械臂动力学模型.对冗余自由度机械臂进行逆运动学分析,由规划的末端轨迹得到了含自运动项的关节转角轨迹.利用动力学方程中Lagrange乘子的物理意义,对机械臂系统进行逆动力学分析,推导了关节轴瓦与轴颈在运动过程中受到的关节驱动力/力矩.利用粒子群算法优化机械臂的自运动项,得到了最小化的关节驱动力矩能耗,从而形成了一种冗余空间机械臂关节驱动力矩优化设计新方法.在平面三连杆柔性机械臂进行了数值仿真,仿真结果表明:所提出的方法在实现末端轨迹跟踪的同时,能有效降低关节力矩能耗;得到的关节力矩连续性好,能够满足工程实际需要.      

混合驱动五杆机构轨迹生成及其影响因素研究

应用机构逆运动学分析方法,对混合驱动五杆机构复杂轨迹的生成及其影响因素进行了研究。在对设计的混合驱动五杆机构进行逆运动学分析基础上,确定了机构两原动件驱动电机的速度关系,仿真分析了原动件运动规律和初始位置变化对输出轨迹的影响,并进行了实验研究。将机构实测轨迹与理论轨迹进行比较,验证了混合驱动机构实现任意复杂轨迹的可行性。     

一种2自由度高速并联机械手的轨迹规划方法

以一种平面2自由度高速并联机械手为研究对象,研究其高速搬运作业的操作空间和关节空间轨迹规划策略.通过关键路径点设置,定义针对点到点的典型搬运作业轨迹.针对操作空间,以运动学逆解模型为基础,利用3-4-5次多项式运动规律,建立关节空间运动特征(角度、速度和加速度)关于操作空间运动特征的函数映射.针对关节空间,以运动学正解模型为基础,利用5次非均匀B样条运动规律,建立操作空间运动特征关于关节空间运动特征的函数映射.给定相同的关键路径点和运动时间,以一组参数为例,对比分析在两种不同轨迹规划方法下末端参考点的运动特征,并进行对比试验.结果表明:基于5次非均匀B样条运动规律的关节空间轨迹规划在降低系统功耗和抑制机构残余振动方面具有显著优势.     

基于向量变换的五自由度机械手运动仿真

基于空间向量变换理论和计算机语言构建了一套底层空间向量变换驱动引擎。利用此驱动引擎提供的向量变换应用编程接口(API)函数的形式分析了一台五自由度写字机械手的运动学特性。结合驱动引擎和机械手的运动学特性开发了一套适合于此机械手运动特点的软件仿真系统。仿真实验表明精简高效的驱动引擎既使机械手的运动学分析变得简单,又能为写字机械手提供精确可靠的驱动数据,且接口简单,通用性强。     

FROG-LEG型机械手的模型预测控制研究

研究了FROG-LEG型机械手的轨迹跟踪控制问题,提出将基于动力学的预测控制应用于机械手的位置控制,并利用当前时刻控制误差补偿下一周期的控制量。在分析FROG-LEG型机械手结构的基础上,首先建立了机械手的等效串联结构运动学模型,然后建立了水平和垂直方向解耦的动力学模型,在此基础上对并联机械手进行了基于预测控制的轨迹跟踪研究。仿真实验表明:该预测控制方案可以使得机械手有效地跟踪路径规划器给出的轨迹;关键关节的控制效果可以通过加大其权重得到提高;模型校正可以大大降低控制误差。     

舱外航天服手套关节力学特性测试系统

根据机器人学原理,提出了基于测量机械手的舱外航天服手套关节力学特性测试系统的测量原理.设计了基于平行四边形连杆的外骨骼式测量机械手,该机械手刚度大,指节长度可调节,能够围绕航天服手套实现包络运动,且机械手可双向驱动.根据机械手的结构特点,建立了其运动学模型.针对舱外航天服手套柔性关节的转动特性建立了手套二自由度手指的数学模型.最后以基于高速浮点DSP的PCI控制卡为核心建立了测量机械手的控制系统.     

医用康复机械训练手动力学仿真研究

医用康复机械训练手是一种辅助人体手部关节运动的机械系统,它根据人体手部结构特点以及可穿戴康复机械训练手的功能要求,在原有康复机械手机械结构的设计基础上,利用三维设计软件对已有康复机械手的结构进行改进设计,使外骨骼康复机械手能够满足辅助人体手部康复的功能。并利用多体动力学软件ADAMS建立康复机械训练手虚拟样机模型,分别从空手和抓握杯子两种情况对机械训练手进行动力学分析,分析结果得到两气缸驱动的合理范围和结构尺寸,为机械手的设计、优化与运动控制提供参考数据。     

四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构的动力学建模

为了避免船舶过驳吊运过程中货物与甲板间的碰撞,提出一种安装在船用吊装设备的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪补偿运动机构。首先,设计该波浪运动补偿机构的实验装置,基于螺旋理论验证该波浪运动补偿机构的可行性。然后,基于代数法建立该波浪运动补偿机构的位置正/反解模型,并推导该补偿机构结构的运动学模型,最后,基于牛顿-欧拉法建立该波浪运动补偿机构的系统动力学模型,运用仿真软件对所推导的数学模型进行验证。研究结果表明:该波浪运动补偿机构的位置正/反解的误差数量级为10-5 mm;运动学和动力学模型的MATLAB数值模拟结果与Adams虚拟样机的结果基本吻合,最大相对误差为理论值的1.6%,在可接受的范围内,表明本文提出的四自由度绳驱动刚柔混合式波浪运动补偿机构能够实现主动波浪运动补偿。     

板簧搬运机械手轨迹规划研究

根据五轴汽车板簧搬运机械手的系统组成,通过D-H参数建立了其运动学模型.在此基础上,采用五次多项式插值的关节空间规划法对机械手进行了轨迹规划.利用MATLAB软件的ROBOT工具箱建立了机械手三维模型,并通过仿真获得了五个关节的位移、速度、加速度等3个变量的平滑、连续曲线,为机械手的平稳、可靠运行提供了理论依据.     

电驱微差6R关节型开链机械手工作空间运动学业逆解

文章介绍焊接及质量检测的新型机械手--电驱微差6R关节型开链机械手,探索该机械手工作空间运动学逆解的基本算法;对其结构特点分析,建立机械手连杆坐标系及其位置运动学逆解方程,在机械手末端位姿一定的条件下,采用消元法求解,获得各关节变量的运动规律,为各电驱微差机构的关节变量控制提供理论依据.利用Mathmatics软件编程验算一实例,其验算结果证明所建立6R开链机械手运动学逆解方程与算法正确,具有一定实用参考价值.     

五自由度关节式机械手的位置控制

建立了五自由度关节式机械手的运动学模型，设计了一种双环路位置随动系统实现机械手的位置控制。应用直接微分逆运动学解的方法求得关节速度参照值，用于控制机械手的位置，轨迹插补器采用直接函数计算法产生中间点位置参照值。     

六自由度机械臂建模与MATLAB仿真

目的依据预设的机器人末端运动轨迹,研究机器人各关节的运行轨迹。方法利用仿真软件对机器人末端轨迹进行仿真实验。以六自由度机器人为研究对象,采用标准D-H参数法建立机器人各连杆坐标系及计算运动学方程,利用MATLAB/Robotic Toolbox工具箱建立机器人的运动学模型,在运动学模型的基础上对机器人工作空间以及轨迹规划进行仿真。仿真结果为连续平稳的末端轨迹曲线和关节角位移、角速度、角加速度的变化曲线。结果得到了连续平稳的末端轨迹曲线和关节角位移、角速度、角加速度的变化曲线等仿真结果,轨迹仿真结果表明机器人各关节运动平稳性较好。结论轨迹仿真可以避免试验中对机械臂所产生的损坏,为后续实验研究工作的开展提供支持。     

HOV水下机械手运动学和动力学建模研究

本文对"蛟龙号"载人潜水器的机械手进行了运动学和动力学建模研究.首先,针对潜水器作业的需要,分别对HOV机械手进行了正运动学、逆运动学建模分析;然后,结合所建立的运动学模型,利用MATLAB的robotic toolbox工具箱进行正运动仿真计算和机械手末端轨迹仿真,验证了模型的正确性;最后,采用拉格朗日方法对HOV水下机械手进行了动力学建模,重点考虑了潜水器运动对机械手运动学和动力学的耦合作用,并对耦合作用关系进行了建模推导.采用Simulink模块,搭建了动力学模型结构,并加入了运动学模块,对各模块自编程序,实现了对水下机械手动力学和运动学模型的仿真.     

绿篱苗木修剪机械手运动学分析及仿真

针对人工对绿篱进行修剪造型时存在的效率低、劳动强度大的缺点,提出了一种能够对绿篱苗木进行几何造型的六自由度绿篱苗木修剪机械手,并通过D-H矩阵理论对修剪机械手的运动学正、逆解进行求解。此外,基于Pro/E与ADAMS的联合仿真技术对机械手进行三维建模及圆球造型的仿真。仿真结果表明刀具运动轨迹与预定的理论轨迹重合,证实了运动学方程的正确性,也说明了机械手进行几何造型修剪的可行性。仿真过程中腰关节、肩关节、肘关节、小臂转动关节、腕部回转关节及腕关节的最大角加速度分别为3.8°/s2、7.2°/s2、2.3°/s2、6.7°/s2、10.4°/s2及3.7°/s2,数值较小,说明机械手运行平稳。通过对修剪机械手建立运动学方程以及仿真分析,可以得到其运动规律及动力参数,为实际样机的研制奠定理论基础。     

自动接头打底纱机械手的设计与运动仿真分析

综合运用机、电、气等技术设计一种执行机械手,以串联式凸轮连杆组合机构代替凸轮机构作为驱动机构,在不增大机构尺寸的前提下实现机械手的大摆角摆动.根据机械手应满足的运动位置参数,首先设计出四杆机构,选取凸轮运动规律设计凸轮机构,应用Pro/E和运动学分析软件ADAMS联合建立机构的虚拟样机,对机构进行仿真分析,获得凸轮从动件角速度及角加速度曲线,并通过分析仿真曲线选取最佳运动规律,使设计的机械手简单紧凑、运动平稳、可靠性高.这种设计方法也为其他运动机构的设计提供了有益的借鉴.     

平面关节型机械手的运动学求解与仿真研究

根据平面关节型机械手的结构特征,运用杆件坐标系建立平面关节型机械手的运动学模型;通过建立A矩阵和矩阵变换实现机械手的位置、速度正运动学和逆运动学求解;在正运动学和逆运动学的数学模型基础上,选择MATLAB机器人工具箱为软件平台,建立平面关节型机械手模型并进行仿真,获得关节扭矩和角速度曲线,为伺服电机的选择、控制系统的设计和研发提供参考和决策依据。     

用于康复训练的柔性机械手设计与实现

基于柔性螺旋驱动机构,设计了一种应用于手开闭困难患者康复训练的柔性手部外骨骼机械手．该机械手通过柔性螺旋驱动机构带动柔性手指,产生大变形从而实现双向弯曲运动．通过对手指模型的简化,利用悬臂梁模型建立了柔性手指弯曲力学模型,进而得到了手指末端弯曲角度和弹簧旋转圈数之间的运动学关系．针对模型误差问题,建立了误差补偿函数对所建立的手指弯曲运动学模型进行修正,并实验验证了修正模型的有效性．最后,研制了柔性机械手,并对机械手的弯曲及负载能力进行了实验验证．     

园林修剪机械手运动学与动力学仿真分析

针对园林修剪设备自动化、一体化程度低、效率差的问题,提出一种多功能园林机械手复杂曲面的造型修剪方法。采用改进D-H方法创建机械手运动学模型,设计末端执行器运行轨迹为半球螺旋线的造型修剪方案,并分析刀盘约束条件进行逆运动学求解,同时基于Simulink建立修剪机的动力学模型;结合Simulink模型和修剪机三维模型进行联合仿真验证。仿真结果显示半球造型轨迹平滑,表明运动学模型求解正确,同时动力学模型仿真为各关节电机选型提供依据;修剪机样机实验效果与预期相符,修剪机各关节动作平稳流畅,半球造型效果良好,大大提升了园林养护效率,证实本研究的可行性与有效性,为园林修剪机械智能化发展提供参考。     

基于6-DOF的空间机器人运动学研究

针对空间机器人在轨服务任务,建立了一种六自由度机械臂模型,并建立了各关节的杆件坐标系。对机械臂各关节进行了运动学分析,对各关节末端运动空间进行了仿真。在对机械手抓捕目标飞行器分析之后,提出了一种保持平台、机械手和目标飞行器三者姿态稳定的抓捕目标方案。最后对该抓捕过程进行了运动规划,对各关节角运动情况进行了研究。     

电驱微差6R关节型开链机械手工作空间运动学逆解

文章介绍焊接及质量检测的新型机械手——电驱微差6R关节型开链机械手,探索该机械手工作空间运动学逆解的基本算法;对其结构特点分析,建立机械手连杆坐标系及其位置运动学逆解方程,在机械手末端位姿一定的条件下,采用消元法求解,获得各关节变量的运动规律,为各电驱微差机构的关节变量控制提供理论依据。利用Mathmatics软件编程验算一实例,其验算结果证明所建立6R开链机械手运动学逆解方程与算法正确,具有一定实用参考价值。