虚拟装配技术在液压机械无级变速器设计中的应用

以UG软件作为设计平台,开发设计了液压机械无级变速器的虚拟样机模型,对虚拟装配技术在液压机械无级变速器设计中的应用进行了系统的分析.在对液压机械无级变速器中几个关键零部件进行实体建模的基础上,完成了变速器系统的虚拟装配.通过对各装配体模型的干涉检查,对存在的问题进行了改进.液压机械无级变速器的虚拟装配为变速器设计的正确性提供了保证.     

基于MATLAB的7自由度液压重载机械臂的工作空间分析

设计了一种新型的7自由度液压重载机械臂装置,该机械臂装置用于更换和安装大型磨机衬板,针对7自由度液压重载机械臂,首先在三维软件完成对机械臂的结构设计,利用D-H坐标法完成对机械臂的运动学建模,在MATLAB编制驱动函数完成运动学仿真,能够得出机械臂在空间中的运动轨迹并且能够验证运动学模型的正确性.在运动模型建立正确的基础上,借助软件利用蒙特卡洛法能够分析出机械臂末端执行机构的工作空间云图,得到执行机构的极限工作位姿,为机械臂在实际中的应用提供了理论依据.     

基于位姿分离法的模块化机械臂逆运动学分析

分析了7自由度冗余机械臂的运动学正逆解, 采用Denavit-Hartenberg(D-H)坐标法进行正运动学建模, 获得机械臂末端相对于基座的空间位姿; 采用位姿分离法进行逆运动学建模. 求位置逆解时, 由约束条件分别获得前4个关节角位移解析解; 求姿态逆解时, 采用欧拉角表示机械臂末端相对于基座的姿态, 减少了计算量. 以SCHUNK模块化7自由度机械臂为例,进行了运动学正逆解分析, 并基于虚拟样机进行了仿真验证.     

基于逆系统的六自由度机械臂解耦内模控制

六自由度机械臂的强耦合非线性特性加大了机器人控制的难度,为解决这一问题,研究了一种解耦控制方法.基于拉格朗日力学建立六自由度机械臂的动力学模型,并利用逆系统方法推导其逆系统模型,将逆系统模型串联在原系统的前面构成伪线性系统.仿真实验表明,该系统被解耦为6个二阶积分子系统,但建模误差与外部干扰会影响模型的准确性,从而影响...     

六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与仿真

突破了仅对两自由度平面柔性机械臂进行研究的传统,而对多自由度空间柔性机械臂进行动力分析。用假设模态法表示臂杆柔性,并将变形量融入D—H坐标系,通过对机械臂末端的轨迹规划得到刚性运动学的逆解。运用Kane方法对多自由度的空间柔性机械臂进行动力学建模,推导出完整的系统动力学方程,采用较高精度的四阶龙格-库塔法对动力方程进行积分求解。给定一个六自由度柔性机械臂模型,并对其进行数值仿真,验证了臂杆柔性对机械臂的动力响应产生的重要影响。     

基于扩张状态观测器的机械臂分散自适应模糊控制

针对机械臂控制中各子系统间交联项难于处理的问题,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和模糊策略的分散控制方法.将机械臂系统考虑为各关节交联子系统的集合,采用扩张状态观测器去实时估计机械臂各关节间的状态、耦合交联项及非线性项,利用模糊系统去逼近机械臂动力学模型中的建模不确定项,从而设计分散自适应模糊控制器以实现机械臂的轨迹跟踪控制,给出了控制器中参数的自适应更新律,并对该控制器进行了Lya-punov稳定性分析.最后将该方法应用于一个4自由度机械臂的轨迹跟踪控制中,仿真结果表明了该方法对处理耦合交联项及在各关节轨迹跟踪控制中的有效性.     

无末端力传感器的可重构机械臂分散力控制

针对存在关节摩擦和外扰的可重构机械臂系统在受限空间内的力控制问题,提出一种无需使用力传感器即可同时控制受限空间内机械臂力和位置的分散阻抗内环/力外环控制方案.采用模糊系统逼近机械臂系统中的不确定项及子系统间的耦合关联项,通过基于模糊预测的力外环控制器为内环的阻抗控制器提供参考轨迹,并利用模糊系统逼近实际的接触力.该方案为没有力传感器情况下的可重构机械臂的力控制提供了一种可能的解决方案,且模糊预测调节参考轨迹的阻抗内环控制使机械臂具有一定的柔顺性,能较好地实现机械臂由自由空间向受限空间的过渡.通过对2自由度平面机械臂和3自由度机械臂的仿真验证了该方法的有效性.     

多机械臂系统分布式主从同步控制算法与仿真

针对多机械臂系统同步控制问题,提出一种分布式多机械臂同步控制算法。运用通信拓扑学的知识,定义主从机械臂间同步误差;基于无向图放松约束条件,设计同步控制算法;根据李雅普诺夫函数进行了稳定性分析。2自由度多机械臂系统仿真表明:应用该控制算法,主从机械臂间的同步误差能渐近收敛到零;与集中式同步控制相比具有更高的稳定性。     

一种基于A*算法的空间多自由度机械臂路径规划方法

针对机械臂在运动过程中可能会与工作环境中的障碍物发生碰撞的问题,文章提出了一种基于A*算法的机器人避障路径规划算法。在给定的避障环境下运用A*算法搜索一条给定的自起点到终点的最优避障路径,考虑到机械臂在运动过程中的稳定性,采用二次B样条曲线对该路径进行平滑优化;根据标准的D-H法对机械臂进行建模,建立机械臂的运动学方程,并求取一组能够最优实现避障路径的运动学逆解;检测机械臂本体与障碍物是否发生碰撞,若发生碰撞,结合机器人逆解的多解性,重新选择最优的一组可行解。通过软件Solidworks建立虚拟样机导入ADAMS软件进行仿真实验,最终验证了基于A*算法的空间多自由度机械臂避障路径规划的有效性和可行性。     

网络遥操作新型七自由度数据臂的设计

为了改善数据臂的操作性能,采用面向手臂关节的设计思想,设计了一种用于网络遥操作的新型七自由度数据臂.利用ADAMS构建了右手臂结构模型,分析了腕关节和肩关节的自由度,并建立数学模型.利用该数据臂控制虚拟机器人在虚拟场景中完成抓取棒料实验,结果表明:该数据臂既可以检测人手臂各关节变化,又可以获得手臂各关节角度和腕部的位置变化,具有部分关节力反馈功能.该数据臂成功应用于网络遥操作主从臂控制仿真平台,取得了良好的效果.     

基于Kinect的冗余机械臂直线推移操作控制

研究了采用机械臂推移操作来解决不易抓取目标物的位置、姿态的改变问题.讨论了冗余机械臂系统的运动学建模和基于工作空间的改进RRT算法,给出一种基于Kinect的冗余机械臂直线推移操作控制模式.当Kinect检测到目标物处于危险位置时,机械臂系统首先会依据目标物的具体位置应用基于工作空间的改进RRT算法使机械臂按照指定的轨迹、位姿移动到目标位置;然后在平面二自由度的操作空间中,采用直线推移操作将目标物推移到指定安全位置.最后应用七自由度冗余机械臂系统验证了所提出的基于Kinect的冗余机械臂推移操作控制方法的有效性.     

机器人的鲁棒自适应轨迹跟踪控制

针对存在参数不确定和外界扰动的机器人系统,提出了一种基于模糊控制的鲁棒自适应跟踪控制器设计方法.该方法基于Lyapunov稳定性理论,整个闭环系统渐近稳定.通过二自由度机械臂系统的计算机仿真结果验证了该方法的有效性,可用于不确定性机器人系统轨迹跟踪鲁棒控制.     

变曲率飞机壁板钻铆执行机器人的设计与仿真

自动钻铆执行机器人设计结构由末端执行器和多关节旋转机械臂组成.末端执行器通过转台结构的分度摆动实现不同执行部件工位的转换.末端执行器通过与旋转关节机械臂的协同作用,实现柔性自动化加工装配.用MATLAB软件仿真得到该机械臂的运动空间轨迹,再通过ADAMS软件仿真检验旋转机械臂的运动空间特性,满足变曲率壁板生产的需要.     

六自由度机械臂运动学分析与仿真

为检验六自由度机械臂设计合理性,对其进行运动学建模及仿真。首先,依据Denevit-Hartenberg (DH)法建立机械臂的运动学模型。其次,对机械臂进行正向运动学理论分析。最后,利用MATLAB软件对机械臂正向运动学和末端执行器的可达空间进行了仿真分析。对机械臂进行正向运动学仿真分析后发现,仿真结果与理论计算值相差很小。对机械臂的可达空间进行仿真分析发现,机械臂的运动轨迹近乎球形,且在xoy、xoz和yoz平面投影上没发现明显空洞或空腔。仿真结果表明,六自由度机械臂的设计满足设计要求。     

面向虚拟装配的计算机辅助装配工艺规划系统体系结构研究

为了解决虚拟装配工艺规划系统实际应用中的问题,提出了面向虚拟装配的计算机辅助装配工艺规划系统(CAAPPSFVA)体系结构,通过功能模型和信息流模型分析了该体系结构.该系统为虚拟装配系统提供了辅助功能,但与虚拟装配系统之间存在着松散耦合关系,可以独立使用并可与PDM系统实现集成.提出了使用工艺设计树对当前产品结构及其相关工艺文件进行管理的方法.原型系统的实现表明,该体系结构具有开放性、实用性,能够满足虚拟装配系统的需求.     

基于CAN总线的6自由度机械臂远程控制系统智能节点设计

采用了TI公司TMS320LF2407数字信号处理芯片和PHILIPS公司PCA82C250 CAN协议接口芯片设计基于CAN总线技术的6自由度机械臂远程控制系统智能节点,硬件上使用了CPLD技术,提高了系统的集成化程度、可靠性和扩展性,增强了DSP访问外设的能力.软件上采用模块化的程序设计方法,提高了系统的实时性和软件效率.该智能节点已经顺利通过调试并成功用于蒸汽发生器一次侧检修机械臂实时远程控制系统中.     

多自由度双柔性杆月壤取样器

针对小型单杆式柔性臂月壤取样器的不足,设计并实现了一种多自由度双柔性杆月壤取样器.首先介绍了该取样器的机械结构设计,并在结构设计的基础上采用D-H法则进行了多自由度机械臂的坐标设定和运动学分析.由于该月壤取样器采用柔性的开口圆柱形薄壳杆作为其取样臂,所以在运动学分析中加入了柔性变量,以符合实际控制精度的要求.实验证明引入柔性变量的运动学算法能够对取样器进行满足精度要求的控制,其取样头部最大定位误差为2.8mm.多自由度双柔性杆月壤取样器在保留了小型单杆式柔性臂月壤取样器优点的基础上,提高了工作稳定性和取样的下钻力,实验确定了双柔性杆在取样长度为700 mm时能够承受的最大轴向力为36.4 N,满足工作需求.     

基于接触力识别的人机协作控制系统设计与实现

为实现人机协作搬运,设计了一种基于接触力操作意图识别的搬运机器人原型机.以直联方式设计由刚性杆和伺服电机构成的单自由度运动机械臂,研究位置控制器,实现扭矩工作模式下的闭环控制.为获取操作意图信息,在刚性杆末端两侧分别设置FSR薄膜压力传感器,用于检测操作者与机械臂的短暂接触力.对应3种常见操作情况给出相应时域算法提取接触特征信息,通过设计相应映射规则,识别操作者意图,生成指令作为期望运动,并通过位置控制环,机械臂到达操作者意图目标位置.采用本研究构建的单自由度平面机械臂半实物仿真系统,设计了由4个定点目标位置和正、反2个运动方向组成的控制任务,对提出的人机协作控制算法进行验证.结果表明,对4定点正向和反向运动控制任务,机械臂均按操作者意图,快速到达正确位置, 说明所设计基于接触力的搬运机器人系统具有可行性.     

水下机器人-机械手系统末端执行器固定时间轨迹跟踪控制

针对四自由度水下机器人搭载二自由度机械臂的水下机器人-机械手系统,设计一种基于固定时间扰动观测器的积分滑模控制方法.利用固定时间特性,设计固定时间扰动观测器实现对未建模动态与外部扰动的观测,并设计了一种基于积分滑模的固定时间轨迹跟踪控制策略.仿真研究表明,设计的控制方法可在固定时间内使水下机器人-机械手系统末端执行器精准跟踪期望轨迹,且收敛时间与初始状态无关.该研究为具有未建模动态与外界扰动情况下的水下机器人-机械手系统末端执行器轨迹跟踪控制问题提供了 一种有效的解决方法.     

基于改进蚁群算法的六自由度机械臂路径规划

针对空间六自由度机械臂路径规划问题,提出了一种基于改进蚁群算法的路径规划方法。以ABB1410型号的六自由度工业机械臂为研究对象,建立D-H运动模型以求解正、逆运动学方程。设计了碰撞检测算法,使用改进后的蚁群算法进行路径规划,把机械臂末端的运动轨迹看作是依次经过规划路径的点的集合,求解机械臂运动的反解,得到相应的关节转角,实现了机械臂的路径规划。通过仿真实验验证了该方法实现六自由度机械臂路径规划的有效性及可行性。