六自由度机械手结构及运动仿真研究

机械手是工业机器人的重要组成部分,是未来工业自动化的主要研究方向.针对现实工况下的搬运问题,通过SolidWorks软件实现机械手机构模型建立、运动路径仿真、舵机力矩计算等工作,并建立机械手零件模型库,最终仿真完成六自由度搬运机械手的设计.仿真结果显示六自由度机械手结构刚度高,位姿调整灵巧,可实现现实工况下的搬运任务.     

基于六自由度机械手上下料的运动分析

机械手在工业领域逐渐被重视起来,它也体现了机器人技术应用的重要方面。它不仅有效的增加了零件加工产量,并且可以在高危险性的工作要求下解决人力无法完成的工作。在我国对机械手应用在工业领域的支持下,数控机床的加工范围越来越大,加工精度越来越高,但是国内对零件加工目前基本还是依靠人工进行上下料,这种方式不仅无法保证工人的安全,上下料的速度与精度也无法满足数控机床自动化的要求。六自由度机械手上下料不但可以动作迅速,还可以实现定位准确等优点。该文主要通过六自由度机械手实现自动化流水线上的上下料工作,将零件毛胚与CNC数控机床有机结合起来,实现自动化加工,将零件毛胚加工成型的过程并使用机械手串联的方式完成加工,研究其运动动作轨迹,分析运动状态。     

六自由度装配机械手设计及运动学求解

结合对自动化装配线的应用对象,选定了机械手所要实现的功能。首先,给出了装配机械手的总体方案,总体方案包括机械手本体组成和自由度的分配。确定了机械手各杆臂长度以及各关节的转角范围。其次,对六自由度机械手具体结构进行了建模、虚拟装配,并对部分关键零件进行强度校核。然后,建立了六自由度机械手的运动模型,利用D-H参数法建立了运动模型的各个关节的坐标,并确定各关节的D-H参数,利用Matlab软件对机械手的运动学正解、逆解进行了计算与验算,结果表明了所建立模型的正确性与合理性。其设计理念对以后关节型工业机械手的设计有一定的参考和应用价值。     

一种欠驱动3D打印机械手的结构设计

本研究目的是为UR5机器人设计一种结构简单易于控制的欠驱动3D打印机械手.欠驱动结构是指驱动器数目少于本身自由度数目的机构.根据此设计原理设计出通过一个伺服电机驱动4根手指,每个手指由两个指骨构成的欠驱动3D打印机械手.机械手电机通过滑轮系统与手指连接,每个手指都可独立移动,使得机械手可抓取各种不规则物体.通过抓握类型分析、机械手机构设计、手指滑轮系统的优化,确定设计参数设计出机械手.采用3D打印技术能廉价、快速地制造机械手零件.机械手能很好地保持抓取时的稳定性、对抓取对象的适应性和降低机械手结构的复杂性.     

4自由度串联式机械手轨迹运动学的分析

为了实现4自由度串联式机械手的轨迹控制,为实验室设计一种4自由度串联式机械手的结构,基于D-H坐标变换理论,建立了该机械手位置运动学模型,研究了该模型的正、逆解问题。通过计算机仿真,验证了该模型及其正解的正确性。以此为基础,分析了该4自由度串联式机械手的工作空间,并导出该模型逆解的解析式,为实现该机械手的轨迹的精确控制奠定了基础。     

一种新型两自由度高速并联机械手的尺度综合

对含被动支链的两自由度平动并联机构的概念设计进行了研究,归纳了被动支链的几种可能构型.运用螺旋理论对被动支链进行自由度分析,进而提出了一种新型高速并联机械手机构,该机械手包含两条主动支链和两条被动支链,其中被动支链用来对动平台的姿态进行约束,并提高机械手的刚度.在进行运动学分析的基础上,以机械手雅克比矩阵条件数在工作空间上的平均值和最大值的加权值为性能指标,对该并联机械手机构进行了尺度综合.研究表明,该两自由度平动并联机械手可与一单自由度进给机构组合,构成一个三自由度平动混联机械手,适用于工业领域的高速拾放操作.     

移动机械手运动学模型及其操作度

对3自由度移动平台以及固定在其上的4自由度机械手组成的差动驱动式移动机械手进行了运动学分析,得出基于雅克比矩阵的统一运动学微分方程,最后对移动机械手及移动平台的可操作性进行了分析,得出了当机械手处于某种构形的时候,移动平台的运动对机械手的操作性无贡献.     

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。     

5自由度轮式悬架移动机械手动力学分析及仿真

系统研究了5自由度轮式悬架移动机械手动力学问题.综合了拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程,并采用笛卡尔坐标系,建立了该机械手系统的正、逆动力学模型.最后通过软件Matlab求解微分方程完成了该机械手动力学模型逆解的仿真结果.     

多轴运动的数字控制新技术

针对模拟器对系统实时性和同步性要求苛刻等特点,本文以电动六自由度运动平台为例,采用数控技术用工业级计算机IPC和数字信号处理器DSP作为六自由度运动平台的控制器,设计了基于可编程多轴控制器PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)来作为六自由度运动平台多轴运行控制系统的硬件平台,同时采用Visual C#.NET作为软件开发平台,满足了模拟器六自由度运动平台实时性控制的要求.     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法

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。     

基于奇异摄动的宏—微机器人控制方法

物理上包含快过程和慢过程的系统可以用奇异摄动方法分析和控制,通过集中微机械手的小参数,提出了将宏－微机器人的动力学模型表示的为标准的奇异摄动模型的方法,这一方法对刚体连杆机械手具有一般性,基于奇异摄动方法设计了宏－微机器人控制器,宏机械手采用计算力短控制,微机械手采用非线性反馈控制,四自由度宏－微机器人的仿真研究证明了方法的有效性。     

水轮机叶片修复机器人结构设计及运动学分析

针对水轮机叶片修复工作环境对机器人的要求,设计了体积小、重量轻、方便转移的六自由度单轨式软轨焊、磨机器人.它由软轨、移动式小车、三自由度转臂及两自由度腕部组成.其中第一个自由度为移动关节,其余五个自由度均为旋转关节.修复机器人六个关节均选用交流伺服电机驱动.第一个关节采用谐波齿轮减速器,其余五个关节选用Bayside减速器作为减速装置.通过静力学计算和运动学分析,证明了该设计的合理性和有效性.     

基于PLC控制的气动机械手的实验设计

根据机电一体化专业实践教学的需要,结合近年来在制造领域飞速发展的气动机械手技术,该文设计了基于PLC控制的3自由度气动机械手试验台,对其机械手本体部分驱动部件、测控电路及控制单元进行了详细设计,并设计了相关实验。该试验台于实践教学,引导学生在产品设计中综合运用专业知识,提升学生在工程实践中分析和解决问题的能力。     

基于可重构虎克铰链副的仿人变胞手设计与分析

三指手能够模仿人手的大拇指、食指和中指的姿态,从而实现仿人手的动作.变胞手掌的引入,更加提升了机械手的工作空间以及抓取可适应性.着眼于对手掌的仿生设计,基于可重构虎克铰链副(r T铰链副),设计出一款新型的仿人变胞手,使机械手可以部分模拟出人手的真实动作,从而增强机械手在空间中的抓取能力.将含有r T铰链副的六杆机构作为机械手的手掌,基于r T铰链副的可重构特性,使机械手的手掌在r T铰链副的不同构态下呈现出不同的运动方式,变胞手的手掌操作平面与Oxy平面的倾角以及手掌工作空间的大小也可以呈现不同的变化.因为当手指长度固定时,若要获得最大操作空间,机械手手掌的半径与物体半径有近似正比例对应关系,因此机械手掌半径的较大变化有利于提高机械手的抓取灵活性.此外,此机械手掌在非奇异构型下的单自由度特性也有利于机械手的控制,提高其工作稳定性.运用旋量系分解与基于公共约束和冗余约束的活动度扩展准则分析了该手掌在其工作空间内两个奇异位姿及其过渡姿态的活动度,并计算了新型变胞手在不同工作模式下手掌的工作空间大小及手掌工作平面位置,同时给出了手指操作平面倾角的变化与手掌半径的变化,展示了采用此变胞机构作...     

并联机器人在高职高专教学中的应用

该文主要讲述了什么是并联机器人,目前在教学中存在的问题和需要解决的关键问题。在分析了设计并联机器人的理念和目的情况下,对六自由度并联机械手进行了详细说明和功能上应用的要求,随着生产企业的不断发展,对并联机器人的需求将引导高校对这门科学在教学中的探索和研究。并联机器人主要的部件是并联机械手,其结构部件有其特殊性,也有其作为一般机械手的普遍性,为求经济性也并不是越简单越好。     

一种新型两自由度高速并联机械手的弹性动力学分析

对一种新型两自由度平动并联机械手进行弹性动力学分析. 采用有限元方法建立了并联机械手的弹性动力学模型．在该模型的基础上,分析了机械手在工作空间的前四阶固有频率的分布情况;研究分析了在外力和刚体惯性力激励下机械手动平台的位置误差;给出了构件在各个时刻的最大动应力及其出现的位置．研究分析表明：系统的固有频率与其位形有关;机械手动平台的位置误差主要是由高速运动时刚体惯性力引起的;机械手各个柔性构件的动应力谱是变幅应力谱．     

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.     

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。     

8自由度铺丝机械手的自运动流形分析

针对梯度投影算法所得冗余机械手关节逆解不一定包括最优解的缺陷,提出一种分析8自由度冗余铺丝机械手关节逆解的流形方法.利用流形法所得逆解包含了冗余机械手的全部关节逆解,有利于实现自运动控制的全面优化.根据逆解流形的空间多维特性,在8自由度铺丝机械手的关节空间内分别定义其位置关节子流形和姿态关节子流形,并分别得到三维空间中仿真映射曲面.结果表明,由于芯模自由度是在固定空间内的运动,相比于7自由度的铺丝机械手,8自由度铺丝机械手的仿真曲面流形在灵活性及避障碍能力方面均有较大提高.最后以飞机S形进气道为例进行仿真,仿真结果表明,仿真轨迹与期望轨迹高度吻合,证明了所提方法的正确性.