上海Ⅱ号机器人动力学建模及关节力矩特性仿真

本文用Lagrange—Euler方法建立了上海Ⅱ号工业机器人动力学模型,对机器人在关节坐标空间内轨迹规划运动时的各关节力矩特性进行了仿真,绘制出了各关节力矩变化曲线,为机器人的动态特性分析和机器人控制提供了可靠的依据。本文的动力学计算和数字仿真均在APOLLO CAD工作站上用C语言实现。     

多指欠驱动机械手接触力建模及抓取方式分析①

欠驱动机械手具有操作简单,结构紧凑等特点被广泛应用在工业机器人以及航天机器人等领域。建立了欠驱动机械手抓取接触的静力学模型,得到抓取接触力与输入力矩的关系。针对欠驱动机械手包络分析了抓取位置偏差对手指各关节角度的变化影响。通过Matlab编程方式进行了包络抓取方式的数值仿真,验证了抓取模型的正确性。     

水下作业机械手的动力学分析

应用Newton-Euler法为SIWR-Ⅱ型水下作业机械手建立了动力学方程,并对水作用力的影响进行了定量的分析,同时,还编程计算给出了各关节所需要的关节力和力矩。     

基于牛顿欧拉法的SCARA机器人动力学参数辨识

SCARA机器人在工业生产中得到了广泛应用.为满足高速、高精度的要求,必须对SCARA机器人进行动力学分析.文中用牛顿欧拉方法对SCARA机器人进行动力学建模,并将摩擦力以及电机转子对关节力矩的影响纳入动力学模型,得出了关节力矩关于一组可辨识参数集的线性表达式.采用傅里叶级数作为激励轨迹进行实验,并通过最小二乘法对得出的可辨识动力学参数集进行辨识.实验证明,通过推导的线性表达式计算出的关节力矩理论值与实际值的变化趋势一致.运用所提方法辨识的动力学参数进行动力学建模,能得到SCARA机器人运动时的关节力矩,可为后期的动力学控制提供基础计算公式.     

工程灾害救援环境中仿人机器人下蹲取物动力学分析

根据对仿人机器人的结构特征和下蹲取物步态的分析,将下蹲取物的仿人机器人简化为具有七自由度的六连杆模型,并基于拉格朗日法对其建立了动力学方程,进而计算出仿人机器人各主要关节力矩时间曲线.阐明了工程灾害救援环境中仿人机器人下蹲取物过程各主要关节的受力机理,为仿人机器人的救援行为设计提供基础.     

水压人工肌肉三自由度关节试验系统设计

根据人体肩关节的运动机理,设计了串并联混合式三自由度水压人工肌肉机械关节.参照人体肩关节输出力矩范围,设计了机械关节输出转矩,计算确定与机械关节相匹配的水压人工肌肉参数.根据水压人工肌肉在不同工作压力下的力位移特性,分析关节的转角转矩关系.设计并搭建了三自由度关节试验系统,该系统在承受一定力矩的情况下可实现三自由度回转运动,为深入研究水下作业机械手的运动控制、操纵性能提供了条件.      

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真

设计了一款下肢康复外骨骼机器人,为探究该机器人各关节所需驱动力大小及规律,基于机器人的组成结构建立动力学模型,并对各关节的力矩进行详细分析。将机器人CAD(computer aided design)模型导入ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)中对其进行步态仿真分析,进而得到下肢各个关节处的转矩变化规律及大小,同时将所得力矩代入模型中进行仿真。通过对比关节角度信息,验证结果的正确性,为后续控制系统设计及电机选型提供了参考。     

基于Matlab的七自由度机械手逆运动学分析及仿真

首先使用Denavit-Hartenberg法对机械手进行建摸并对其运动学数值进行计算。然后用Robotics Toolbox机器人工具箱编写该机械手的逆运动学程序。通过仿真,得到了各个关节时间与运动的关系图和运动轨迹图,实现了预定目标,验证了设计参数的正确性和可行性。     

新型五自由度混联机器人及其动力学分析

设计了一种新型五自由度混联机器人结构,对其构型进行了介绍和分析.应用D-H方法建立了该五自由度混联机器人的运动学模型.在此基础上,基于递归牛顿-欧拉算法对该混联机器人进行了动力学分析,推导了机器人各连杆的速度、加速度、惯性力和力矩,同时,推导了各连杆相互作用的力、力矩及关节驱动力或力矩,研究了各连杆的运动速度、加速度及受力情况.通过Matlab数值仿真和ADAMS虚拟样机验证了动力学分析求解的正确性,为后续结构优化和运动控制提供了依据.     

树形平面机械手的动力学方程

用图论的观点和多刚体系统动力学中增广体概念,对多关节平面机械手的树形结构系统有向图进行研究,导出该机械手便于进行数值计算和程序设计以广义坐标表出的动力学方程。并对机械手各构件为杆状的情况,作了具体分析。     

单柔性杆末端运动控制的一种逆动力学方法

给出了一种适合单柔性杆机构运动控制的逆动力学分析方法。该方法采用有限元法建立机械的分析模型,用子结构法降低问题的分析规模,得到一个可以直接求解的反映末端轨迹与关节输入力矩关系的二阶微分方程。该方法的计算量比较小,适合用于柔性臂末端点运动轨迹的实时控制。     

双臂机器人基于最优载荷分配的关节轨迹规划

基于最优载荷分配,针对双臂机器人协调运动的关节轨迹规划进行研究.首先给出双臂协调运动的运动学和动力学方程,引入广义杆及其质量特征量,将动力学方程中的惯性矩阵和哥氏力离心力重力项以及载荷影响转化为广义杆关节广义驱动力的计算;其次,引入Lagrangian乘子,在关节轨迹规划中避免了矩阵的奇异值分解.本文的规划方法具有递推性强和计算效率高的特点,适合于双臂机器人的实时控制.     

紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节设计

内嵌扭矩传感器的紧凑型一体化关节可增加机器人的负载质量比,提高力控安全性,更适用于服务行业。通过对轻型协作机器人关节的研究,提出了机器人关节系统整体设计方案。基于关节设计参数,研究关节系统工况负载下的可靠性。对关节扭矩特性进行分析,设计了17型号关节扭矩传感器本体,并采用有限元仿真方法,验证了应变片安装位置的合理性。研制了放大与低通滤波电路系统,并对传感器进行实验分析标定,拟合扭矩电压特性曲线,得到线性度、灵敏度、迟滞和零漂参数。最后对研制的关节整机进行负载测试,并应用于五自由度碳纤维轻型机械臂系统。结果表明:紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节质量轻、负载能力高,扭矩传感器具有较高的精度和灵敏度。     

YS—I并联机器人的运动分析

本文根据YS-I并联机器人的结构特点,在速度和加速度分析过程中,以上平台虎克铰中心作为研究的关键点,首先通过对位置反解显式直接求导建立该关键点与液压缸之间的关系,然后通过矢量运算得到液压缸输入与夹持器输出之间的一、二阶影响系数矩阵.在影响系数的推导过程中避免了与上平台转动参数发生联系,所导出的一、二阶影响系数矩阵只与液压缸的单位矢量和夹持器中心到上平台虎克铰中心的位置矢量有关,使加速度求解的方法大为简化.     

关节型机器人高承载轨迹规划方法

针对机器人在工作过程中存在关节载荷较大等问题，以饰面作业机器人（以下简称Hebut-KB机器人）为研究对象，提出一种面向大载荷施工作业环境下机器人驱动承载能力最优的轨迹规划方法。首先，对Hebut-KB机器人运动学及简化刚体动力学进行分析，使用多目标遗传算法（NSGA-II）求出在满足运动学与动力学约束条件下的多组优化解，然后建立起关节型机器人驱动承载能力的评价指标，最后通过驱动承载能力评价指标选取出潜在最优解。仿真和实验表明，使用驱动承载能力评价函数选取出的解可以达到综合最优效果，有效的提升了机器人的承载能力。     

小型5自由度关节式机器人

小型 5自由度关节式机器人采用组装式机械结构、敞开式布置 ,传动系统以齿形带—齿轮传动为主 ,各关节由混合型 4相步进电机驱动、手爪开合由力矩电机驱动 .实行两级计算机控制 ,各驱动动作由微处理器或单片机控制 ,运动计算和作业管理等由微型计算机完成 .机器人位置问题正解采用齐次变换矩阵法解算 ,逆解采用只保证位置的插值算法 .该机器人具有小型、轻便、机构尺寸合理、技术指标先进等特点 ,可用于教学培训、机器人科研及自动线上、下料等     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

机器人多指手的多目标优化抓取规划

针对有摩擦点接触条件下的多指抓取模型,借鉴人手抓取经验,提出了接触安全裕度概念.通过修正摩擦锥约束条件,建立了具有一定接触安全裕度的非线性内力优化模型,用于求解合适的接触力.为获取最优的抓取位形,将物体位姿参数作为变量,确定接触力与多指手关节力矩的关系,基于多指手关节空间内的转角位置度和相对承载能力性能指标,建立了多指抓取的多目标优化模型.最后,以三指手抓取系统为例进行了分析求解,并利用多目标粒子群优化算法进行物体位姿规划,获取了规划模型的非劣解前沿.结果表明,该方法能在保证安全抓取条件下,有效改善多指抓取的综合性能.     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

具有非驱动关节机器人的动力学分析

简单介绍具有非驱动关节机器人的特点 ,阐述了拉格朗日动力学理论 ,并在此基础上 ,详细推导出具有非驱动关节机器人手臂的动力学方程 .