MOTOMAN-HP3型机器人运动学建模

根据MOTOMAN-HP3型机器人具体结构特点,建立机器人的运动学模型,求出正逆解.并在机器人运动学建模过程中,对关节运动范围的转换规律进行了研究.为机器人运动分析、离线编程、轨迹规划等打下了基础.     

基于Matlab的六自由度工业机器人运动学逆解分析及仿真

在Matlab环境下对六自由度工业机器人进行运动学逆解研究,以ER7B-C10机器人为研究对象,使用D-H法进行各关节坐标系建立及参数设计,推导出正运动学方程。鉴于目前应用较为广泛的解析法求逆解仍然存在不足之处,运用几何法求解逆运动方程,在Matlab中利用Robotics Toolbox搭建仿真结构,直接调用Robotics Toolbox工具箱中ikine函数。由于迭代过程的收敛性导致验证过程中存在无解或少解的情况,因此对所求逆解的可靠性增加验证设计来证明几何法求逆解方法可行。对机器人模型在空间轨迹及各关节的位移、速度和加速度等内容进行了仿真分析,结果验证了ER7B-C10机器人运动的可行性,为后续分析机器人动力学、轨迹规划提供了运动学参考。     

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念，对系统中子机器人的研究进行了重点论述．通过设计恰当的子机器人连杆坐标系，利用Denavit-Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模，并直接给出了子机器人的运动学正解模型．由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解，因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系，结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解，从而得到了工作空间内的所有解．在此基础上，考虑结构间的约束关系，给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法．最后，使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验，实验以末端操作器的直线运动为例，充分考虑空间几何的关系，其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性。     

一种4自由度高速并联机械手动态特性分析

以一种可实现SCARA运动的4自由度高速并联机械手(Cross-Ⅳ机械手)为研究对象,将运动学理论和虚拟仿真相融合,研究一种分析高速/高加速运动机构轨迹误差的系统性策略和方法.以运动学逆解模型为基础,获得Cross-Ⅳ机械手在给定运动轨迹和运动规律时的驱动关节位置数据曲线.利用三维CAD模型,通过有限元软件ANSYS和机械动力学软件ADAMS联合建模,创建Cross-Ⅳ机械手的刚柔混合模型.将驱动关节位置数据代入刚柔混合模型,仿真得到系统重力和惯性力引起的构件弹性形变导致的末端轨迹误差,并分析各向轨迹误差和综合误差随负载、运动规律和工作平面不同的变化规律,为机械手轨迹规划、运动规律优选和误差控制提供理论支撑和分析方法.     

基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模

针对传统的D-H参数法需在每个关节上建立局部坐标系、建模过程复杂、几何意义不明确且求逆解易产生增根等不足,文中对具有关节多、结构冗余度高的蛇形机器人运动学建模展开研究,提出了基于旋量理论的蛇形机器人运动学建模方法,证明了D-H参数法与基于旋量理论的建模方法的等价性,并基于旋量理论的指数积公式求解了蛇形机器人的速度雅可比矩阵,建立了蛇形机器人速度模型.使用Adams软件对蛇形机器人进行运动仿真,测量所得的末端执行器线速度和角速度曲线与Matlab计算所得的末端执行器线速度和角速度曲线一致,结果表明了旋量理论建模方法的正确、简捷和有效性.     

基于Matlab的IRB2400机器人 轨迹规划及运动学分析

运用齐次坐标变换理论对IRB2400机器人进行了研究分析,利用DH参数法建立了坐标系并确定了各参数值,通过Matlab Robotics Toolbox工具箱完成了机器人建模仿真。通过比较分析三次多项式和五次多项式插值算法,对关节空间轨迹进行规划,最终确定五次多项式插值算法是关节空间轨迹规划的理想算法。给定机器人初始和终止位姿,对末端轨迹进行分析,得到了各关节的运动曲线、角速度曲线和角加速度曲线。进行了正运动学和逆运动学求解,验证了机器人结构设计的合理性。     

曲块搬运翻曲悬挂式机械手运动学求解方法研究

鉴于所研究的悬挂式白酒曲块搬运翻曲机械手存在平行四边形辅助机构,不能运用一般的运动学求解方法对其轨迹直接解算的问题,提出了一种基于DH法的改进型逆向运动学求解方法。该算法不需要了解末端执行器相对参考坐标系的姿态,仅考虑其空间位置便可完成对各运动副参数的几何运动学求解。在Matlab中采用新算法对关节的位姿矩阵进行修正,结果表明:所得位姿曲线数据满足机械手腕部的运动精度要求。提出的新算法解决了在常规机械手位姿求解过程中所使用的逆运动学数值方法计算慢、甚至在某些情况下不能求出所有可能解的问题。     

计及关节属性的6轴工业机器人反解算法

在D-H模型法运动学分析的基础上,研究了带关节属性的运动学反解方法,即在6轴机器人运动学正反解的过程中根据机器人的3种奇异形位划分了与位姿有关的关节属性,利用关节属性能在反解时确定唯一解,省去了一般机器人反解时所用的比较择优的过程,优化了机器人运动学反解算法.该算法具有能预知过奇异点路径、反解速度快、能确定唯一解等优点,能很好地应用于实际的机器人运动控制中,并在莫托曼SK6型机器人上获得了实例验证.     

仿人操作手动力学模拟

本文主要讨论了仿人操作手动力学正问题的模拟,即给定操作手末端执行器的运动和位姿,求解各关节的广义力。机器人动力学模拟涉及到机器人的轨迹规划、运动学反解,以及动力学建模和求解问题。对于球腕结构的六自由度仿人操作手来说,本文提出了用系统分解法进行运动学反解,用凯恩方程建立机器人动力学模型。本方法解算简便,经略微修改可适用于一般关节型机器人动力学模型。     

五指仿人灵巧手运动学与动力学模型

对气动人工肌肉驱动的五指仿人灵巧手进行了运动学及动力学分析. 在Matlab上进行了仿真计算,建立了灵巧手的运动学模型并求得其解析解;同时用Newton-Euler方法对灵巧手进行了逆动力学分析,得出了灵巧手的动力学方程.通过基于灵巧手动力学模型和气动人工肌肉静态模型的主从控制实验,结果表明,可以通过数据手套采集关节的角度变化信息控制灵巧手完成抓取物体的动作.     

基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划

为提高绳驱动连续体机器人运动的平滑性和稳定性,在关节空间和笛卡尔空间研究了基于样条函数和粒子群算法的轨迹规划问题。首先,采用双参数局部指数积公式建立连续体机器人的运动学模型;其次,根据牛顿-拉夫森迭代方法进行逆运动学求解;最后,基于自适应惯性权重的粒子群时间最优化算法结合五次B样条函数,分别实现了连续体机器人在关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划。仿真结果表明：在相同的条件下,两种方法均可得到连续体机器人末端的连续轨迹,速度均小于10 mm/s,加速度均小于20 mm/s²;基于关节空间规划出的关节位移、速度、加速度曲线更为平滑,关节空间规划用时9.219 3 s,笛卡尔空间规划用时10.604 6 s。基于粒子群优化算法的绳驱动连续体机器人轨迹规划研究,提高了连续体机器人的运动性能,可为绳驱动连续体机器人的位姿规划提供参考。     

基于ADAMS的刹车片上下料机器人运动学建模与仿真

针对目前刹车片冲压生产存在的问题，提出采用机器人替代人工实现刹车片冲压自动上下料。根据刹车片冲压工艺及上下料功能需求对上下料机器人进行了总体设计，基于SolidWorks设计出机器人三维模型，基于D-H位移矩阵法建立机器人运动学数学方程，并通过ADAMS软件进行运动仿真分析，得到机器人末端的轨迹、位姿及关节速度信息，通过仿真验证了设计的正确性和准确性。     

UR5机器人运动学及奇异性分析

为了解决UR5机器人用户建立的机器人坐标系与厂家建立的机器人坐标系不一致,机器人内部有关力、角速度、角加速度等数据信息难以被直接使用的问题,在分析UR5机器人结构特点的基础上,建立与厂家数据匹配的坐标系。采用D-H参数法建立UR5机器人的运动学方程,描述机器人各杆件的相对位姿关系,依据UR5机器人满足Pieper准则的结构特性,采用分离变量法求取UR5机器人的运动学反解,并利用微分变换法完成UR5机器人奇异位形分析,奇异性分析与仿真结果表明了UR5机器人位置奇异时各关节变量之间的关系。使用MATLAB软件编写运动学程序,并利用机器人系统对程序进行实验室测试与工程实践验证,MATLAB运动学程序实验结果与UR5系统内部数据一致,验证了运动学分析的正确性。研究结果对进一步开展UR5机器人连续轨迹规划研究具有参考价值。     

基于遗传算法的机器人作业单元布局优化

针对机器人作业单元内设备的布局问题，提出了一种基于遗传算法的优化布局方法.引入了工程师的经验和知识描述布局过程中的作业单元空间及机器人运动学约束，减小了优化空间，提高了算法的收敛速度.基于压铸作业的实例研究结果表明了该方法的有效性.该方法已与商业化的机器人编程与仿真软件相结合，表现出了较高的实用价值.     

一个基于微机的机器人离线编程系统

本文给出了一个基于微机的机器人离线编程系统.该系统包括机器人语言处理模块,运动学规划模块,机器人及环境物的三维构型模块,机器人运动仿真模块,通信模块和主控模块.系统的软件部分全部用C语言编写.文中着重阐述了机器人及环境物的几何造型方法和运动仿真的动画技术.最后给出了运用该系统的一个实例.     

基于改进鲸鱼优化算法的码垛机器人时间最优轨迹规划

码垛机器人在运行轨迹过程中所消耗的时间直接影响到了其工作效率,针对码垛机器人的轨迹规划的时间问题,提出了一种改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。在基础的鲸鱼优化算法基础上,利用混沌映射初始化种群,引入自适应的权重和改进收敛因子,以提高算法的求解精度、收敛速度和全局搜索能力。首先,根据 D-H 参数法建立机器人的运动学模型;其次,在关节空间中利用3-5-3次多项式插值函数对机器人末端执行器经过的路径点进行规划,然后采用改进的鲸鱼优化算法对时间进行优化。最后通过 MATLAB软件进行效果仿真和对比。结果表明,与其它同类的算法相比,改进的鲸鱼优化算法的求解精度更高,收敛速度更快。将该方法与轨迹优化结合,与未采用算法优化的3-5-3多项式轨迹规划所需要的运行时间相比缩短了22.46％,且各个关节轨迹平稳连续,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

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.     

基于改进遗传算法的工业机器人能耗最优轨迹规划

为了降低工业机器人在工作过程中的能耗,提出了一种能耗最优的轨迹规划方法。将机器人的轨迹视为由空间中一系列的型值点构成,每相邻的型值点间由一段五次B样条曲线连接,得出机器人的轨迹函数。以动能作为目标能耗函数,同时考虑各个关节的运动学和动力学约束。对遗传算法进行改进,用于优化目标能耗函数,此改进遗传算法提高了算法的运算效率、局部搜索能力和实时性。对优化结果进行仿真,得出各个关节的运动学参数变化曲线,分析各个关节的曲线图知其均满足运动学和动力学约束条件,验证了此优化轨迹的合理性。     

基于快速平稳幂次趋近律AGV滑模轨迹跟踪控制研究

针对应用于地下车库的自动导引车(automated guided vehicle, AGV)轮式泊车机器人轨迹跟踪过程中的位置偏差和姿态偏差问题,提出了一种快速平稳幂次趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。首先,在泊车机器人坐标系下建立运动学模型,通过全局坐标系与机器人坐标系之间的转换关系,得到泊车机器人在全局坐标系下的运动学模型;然后采用Lyapunov直接法设计滑模切换函数,采取快速平稳幂次趋近律的方法使泊车AGV从偏差状态快速到达滑模切换面,使AGV泊车机器人快速平稳地跟踪给定参考轨迹。最后,通过MATLAB进行仿真试验,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

模块化四轮全向驱动小车设计与运动控制方法

设计了模块化四轮驱动机器人,基于采用AVR单片机的运动控制提出了模块化四轮全向驱动简化运动学模型.在对模型详细分析的基础上,提出通过改变曲率半径实现对小车运行轨迹进行控制的方法.实验表明,提出的运动控制方法简单可靠,满足设计要求.