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。     

模具机械手工位动作的运动学仿真

以模具机械手为研究对象,在商用CAD软件环境下设计了模具机械手的机械结构和各部件的三维实体模型,并利用虚拟装配技术完成模具机械手的虚拟装配,得到了机械手的虚拟装配模型.以此为基础进行了模具机械手的运动学仿真分析,以对各零部件和整机的虚拟装配模型实施静态干涉检验,验证了模具机械手结构设计的合理性,从而为自动化模其制造生产线设计和实施提供可靠的数据资源.     

基于DSP的焊装机器人控制算法研究与仿真设计

在建立六自由度焊装机器人D-H坐标系及确定各手臂参数的基础上,研究其正逆运动学方程,设计其数值模拟算法,并在MATLAB环境下建立仿真模型,获得在定点控制模式下各个关节电机控制量,得到具有固定重力补偿的机器人控制模型;基于六自由度机器人动力学控制原理,在考虑电机特性及机器人手臂动力学特性的基础上,建立了具有传感器反馈控制的优化模型;在Tecnomatix环境下创建了四机器人焊接工位,利用其提供的Robotics功能模块,实现了机器人的路径及功能示教;利用DSP(Digital Single Processor,数字信号处理器)解算了机器人关节坐标的牛顿-欧拉逆运动学方程,并实时、快速处理传感器反馈信号,实现了对多个伺服系统的闭环控制。     

搬运助力外骨骼机器人运动学建模与仿真分析

为辅助工作人员高效轻便地完成搬运工作,设计一款结构合理与运动灵活的搬运助力外骨骼机器人。利用D-H参数法分别建立了外骨骼机器人下肢和上肢的运动学模型,对其进行正逆运动学求解。利用Pro/E软件建立搬运助力外骨骼的三维实体装配模型,并将其导入ADAMS中构建虚拟样机模型进行运动学仿真。仿真结果表明,下肢外骨骼能够满足人体运动,符合人体行走特征,上肢外骨骼符合人体搬运托举物体的特征。     

通用型六自由度工业机器人的运动学分析

针对六自由度工业机器人运动学分析和轨迹规划过程中的计算烦琐问题,以通用型六自由度工业机器人为研究对象,在Matlab环境下,利用Robotics Toolbox工具箱对该机器人进行运动学建模,并建立该机器人的D-H模型,对其进行运动学求解和轨迹规划与仿真。实验表明,Robotics Toolbox工具箱极大地简化了通用型六自由度工业机器人运动学分析的正、逆解的求解过程,并且能直观地显示机器人的运动特性、参数和轨迹。对通用型这类六自由度工业机器人的研究与应用具有重要的价值。     

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.     

双机械手运动学分析及仿真研究

双机械手运动学方程的建立及作业空间的分析是对其进行准确控制的基础,本文应用D-H变换矩阵法建立了双机械手的运动学模型。解决了机械手末端执行器的笛卡尔坐标空间位姿与机械臂各关节变量之间的转换关系。采用Matlab对机械手的作业空间进行分析,并进行了仿真实验。通过仿真实验验证了本文求解的运动学模型的准确性及有效性。     

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。     

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。     

装配机械手综合误差分析与误差元素建模研究

以矩阵变换为基础,分析装配机械手的综合误差,导出末端误差表达式,得出末端误差与各关节误差源之间的关系,采用回归分析方法建立误差元素的模型。实测误差数据建模曲线与软件仿真误差元素模型曲线对比表明,采用该方法所建模型曲线更接近实际。     

六自由度水下机械臂动力学模型及流阻影响研究

针对应用于深水环境的六自由度水下机械臂,首次基于迭代Newton-Euler矢量力学方法和Morison方程建立了静水条件下考虑流体阻力的六自由度机械臂动力学模型,得到了各关节流体拖曳力矩和附加质量力矩的解析表达式,进而推导获得了各关节的驱动力矩和水阻力矩解析表达式.通过Matlab软件仿真分析了流体阻力对机械臂关节控制力矩的最大影响可达8.69%,结果表明流体阻力对机械臂的影响是不可忽视的.在某些水下高精度作业的情况下,应用文中提出的考虑流体阻力影响的六自由度机械臂动力学模型可以获得更高的机械臂控制精度.      

Trajectory tracking control based on linear active disturbance rejection controller for 6-DOF robot manipulator

The trajectory tracking control for a 6-DOF robot manipulator with multiple inputs and outputs, non-linearity and strong coupling is studied. Firstly, a dynamical model for the 6-DOF robot manipulator is designed. From the view point of practical engineering, considering the model uncertainties and external disturbances, the robot manipulator is divided into 6 independent joint subsystems, and a linear active disturbance rejection controller(LADRC) is developed to track trajectory for each subsystem respectively. LADRC has few parameters that are easy to be adjusted in engineering. Linear expansion state observer(LESO) as the uncertainty observer is able to estimate the general uncertainties effectively. Eventually, the validity and robustness of the proposed method adopted in 6-DOF robot manipulator are demonstrated via numerical simulations and 6-DOF robot manipulator experiments, which is of practical value in engineering application.     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真研究

针对架空电力光缆线路巡检维护中的树枝修剪问题,设计了一种新型五自由度串联剪枝机器人。首先,通过D-H(denavit-hartenbreg)参数法,建立了该剪枝机器人机械臂的运动学模型,得到运动学正逆解;然后在V-REP和MATLAB中进行联合运动仿真,并利用蒙特卡洛法分析剪枝机器人工作空间,得到机械臂工作空间的云图;为保证剪枝过程的运行平稳,在工作空间内进行轨迹规划并仿真;最后,联合仿真结果表明该剪枝机器人运动学模型有效,各关节及末端轨迹规划控制效果良好,可以实现1~1.5 m范围内灵活修剪树枝等障碍物的要求,为剪枝机器人后续控制问题研究提供了理论依据和实验基础。     

一种基于球面并联机构的肩关节的分析与设计

采用球面三自由度并联机构作为拟人机械臂的肩关节，在使全域角速度精度传递性能评价指标较好以及满足组装条件的情况下，选取合理的设计参数，最终确定了一种肩关节的完整设计方案，为拟人机械臂的整体研究奠定了基础。     

可移动多维振动时效机器人设计与运动学分析

针对现有振动时效技术的不足,为解决多维激振作业的需求,设计了一种在3-UPU并联结构支架基础上串联3条机械臂的混联式多维振动时效机器人,拓展了末端执行器的自由度及工作空间。运用ADAMS对并联支架进行运动学分析;基于D-H参数(Denavit-Hartenberg parameters)对机械臂进行建模,并对串联机械臂进行正运动学求解,运用MATLAB对机器人机械臂Ⅱ的工作空间进行求解,解出激振器工作空间的范围。验证了机械臂末端执行器工作区间的可行性。多维振动时效机器人机械臂拥有良好的工作性能,提高了振动时效的工作效率,机械臂间相互协同满足多维振动时效的作业要求。     

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ADAMS的双臂作业机器人的运动学分析及仿真

对双臂作业机器人的协调控制问题进行分析,采用D-H法在直角坐标系下建立了机器人双臂联合运动学模型。通过在机械臂的每个连杆机构上建立坐标系,得到主机械臂的D-H参数,解出主机械臂运动学正解。在已知约束条件下,通过在末端执行器上添加点驱动,规划单臂运动路径。借助ADAMS软件运动仿真,在后处理模块中得到主机械臂各个关节角度随时间变化的曲线图,曲线过渡平滑,角度变化在预先设定的转角范围内,满足操作任务要求。     

虚拟仿真技术在装配机械手控制系统中的应用

结合虚拟现实技术与电气控制技术,针对装配生产线的特点和控制要求,开发了一套虚拟仿真系统,可用于系统监控、调试和人员培训.利用罗克韦尔软件编写电气控制程序,通过RSTestStand软件搭建机械手自动装配系统的3D虚拟仿真模型,并基于虚拟可编程控制器(PLC),实现了直线型、余弦-直线型速度曲线调速方案在虚拟仿真对象上的应用.虚拟仿真对象的动作视觉效果和监控曲线表明,控制系统工作良好,通过在机械手各动作的启停、加减速、匀速转换时引入余弦调速方案对速度控制进行优化,有效减小机械臂关节的震动和顿挫,取得了较好的动作流畅性.