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.     

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。     

基于混合样条曲线的换刀机器人换刀轨迹规划研究

为研究换刀机器人能沿特定路线平稳运动的问题,对机器人模型进行运动学分析和轨迹规划.利用旋量理论推导出机器人的运动学模型,结合蒙特卡洛法仿真得到了机器人末端工作空间的分布情况. 提出一种多节点多样条曲线运动的轨迹规划方法,以关节位移、角速度和角加速度为评价指标,分别采用3-3-3,5-5-5和4-5-5样条曲线进行了轨迹规划.样机平台试验表明,4-5-5混合多项式可以得到较平稳的加速度变化曲线,有效解决了加速度发生阶跃和突变过大的现象.以上研究为机械臂复杂换刀路径的轨迹规划提供了基础.     

一种新型SCARA机器人运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型SCARA机器人,通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真

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。     

基于动力学模型的工业机器人导纳控制研究

提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.     

一种新型选择顺应性装配机器手臂运动学分析及仿真

针对传统SCARA机器人末端操作的局限性问题,设计了一种新型选择顺应性装配机器手臂(SCARA机器人)。通过改进SCARA机器人末端结构来增强传统机构的灵巧性。应用旋量理论建立了运动学模型,并进行了正运动学求解,得到各关节运动与末端位置的关系。根据杆长条件和关节运动范围,求解了机器人的工作空间。最后,应用ADAMS建立虚拟样机模型,探究该新型机构在特定运动区域内的工作路径,并将其可达空间与传统SCARA机器人对比,证明了该机器人可增强传统机构的灵巧性,并求得精细操作范围。该机器人可解决多角度操作问题,为工业生产中的复杂作业提供参考。     

六自由度串联工业机器人运动学标定与实验研究

为了提高机器人的绝对定位精度,以RB08型六自由度串联工业机器人为研究对象,在修正Denavit-Hartenberg(D-H)运动学理论的基础上加入减速比和耦合系数建立新的运动学模型,通过机器人末端法兰盘中心的空间位置误差推导出机器人参数误差模型;运用Levenberg-Marquardt算法辨识出误差模型中的误差参数并补偿至机器人控制系统,利用激光跟踪仪设计标定实验,验证标定算法的可行性和准确性。结果表明,标定后机器人末端工具中心点的平均位置准确度提高了80.2%,平均距离准确度提高了74.55%。     

基于误差分布特性的机器人闭链协调轨迹规划

针对机器人关节柔性误差提出利用误差分布空间描述操作精度的方法,耦合各关节的操作误差得到真实操作点在空间中可能存在的区域,进而得到机器人沿各个方向上的操作精度.给出了误差分布空间的计算方法,通过对低维误差空间的分段升维,解决了计算难度随维数指数倍增长的问题.研究了闭链协调操作过程中的误差分布特性,并基于误差分布空间分析了冗余度机器人关节自运动特性对闭链协调操作精度的影响.研究结果表明:同一操作精度对应的关节构型不唯一,且操作空间中误差最小值对应的关节角度并不连续.为此提出了一种基于最小二乘的误差极小化机器人轨迹规划方法,并通过仿真验证了该方法的有效性.     

混联机器人关节间隙误差建模及其定位精度可靠性分析

机器人末端定位精度可靠性是衡量其精度性能的重要指标,关节间隙是影响机器人定位精度的主要因素之一,建立准确的机器人定位精度误差模型是进行可靠性分析的前提。为探究空间关节间隙的随机不确定性对含有闭链机构混联机器人定位误差的影响规律,本文运用旋量理论和D-H参数法,提出一种考虑关节间隙的混联机器人定位精度误差模型;根据关节间隙模型参数的约束条件,量化间隙模型参数的不确定性,建立混联机器人定位精度的可靠性模型;采用双变量降维方法和鞍点近似方法,拟合机器人单坐标定位误差的概率密度函数,实现混联机器人定位精度高效可靠性分析。以含有平行四边形闭链机构的建筑机器人为例,验证所提模型的准确性和工程适用性,结果表明所提方法对比于传统的蒙特卡洛方法极大地提高了效率。     

An analyzing and experimental method based on the resultant motion signals for SCARA manipulator joints

Acceleration reflects vibration of a robot, and the vibration signal can reflect the operation state of the robot.Generally, detection of robot mechanical arm failure requires installing sensors on each joint.This study proposes a method to diagnose the fault by single acceleration sensor only, which is installed at the end of the robot.The operation state of the robot is evaluated by analyzing vibration characteristics of its acceleration.First, a data acquisition function of a programmable multi-axis controller is applied to extract practical motion signals of the robot joints during operation, and prac-tical motion signals are analyzed.Second, synthetic methods to determine acceleration of the end joints of SCARA robots in a Cartesian space is used based on the theory of the Jacobian matrix and the frequency domain of final acceleration is investigated.The relationship between end-and joint-vibration frequencies under given speeds is determined.Then, the method is verified by comparing characteristic frequencies of joint acceleration and synthetic acceleration in Cartesian coordinate sys-tem at different speeds.Finally, some faults can be diagnosed by comparing the acceleration vibra-tion frequency extracted by a single acceleration sensor installed at the end of robot with the normal running state.Thus, this method can be used to monitor the signal variation of each joint without in-stalling sensors on each robot joint.     

并联Stewart机构位姿误差分析

从并联机构与串联机构的运动学等效,并联机构本身特征与并联机构实际工作空间出发,考虑各分支末端误差对最终运动平台末端误差的影响,提出了并联机构位姿误差放大因子分析法·依据位姿误差放大因子具有对误差定量分析的特点,该分析方法既可用于机构参数优化,又可用于结构精度设计·最后,给出了一个实例说明本方法的有效性·     

串联机器人手臂末杆自由度的一种求法

串联机器人手臂的末端构件在空间中最多有6个自由度.在螺旋理论和运动输出矩阵的基础上,提出了又一种能够便捷地计算串联机器人手臂末杆构件自由度数目的方法,该方法为研究并联机器人打下了良好的基础.     

机器人螺钉柔性装配位姿检测单片机的设计

针对机器人螺钉柔性装配位姿检测的特殊要求，设计制作了通用型AT89C51单片机系统。该系统由A/D数据采集模块、数字信号输出模块、键盘显示模块和RS232C串行通信模块组成，具有功能强、成本低、稳定性好、调试使用方便等特点，成功地应用到SCARA机器人螺钉柔性装配的位姿检测中。     

基于激光跟踪仪的Delta并联机构运动学误差标定

以Delta并联机构为研究对象,建立了Delta并联机构的运动学误差模型,对影响其末端精度的几何误差源进行了分析,并指出这些几何误差源可简化为18项.以激光跟踪仪作为测量工具,提出一种步进迭代的误差参数辨识方法,该方法利用Delta并联机构操作空间与关节空间之间的映射关系,通过优化多个检测点相互之间的理论距离与实际距离的残差,计算出Delta并联机构的各项几何误差参数,进而修正Delta并联机构的运动学模型,标定后机构末端精度由1.0,mm数量级提高至0.1,mm数量级,实验结果表明了文中所述方法的有效性和普遍性.     

基于集合理论的并联机构精度分析方法

针对并联机构的精度分析中已知误差源误差变化范围(误差空间)的情况,提出一种基于集合理论的分析方法。该方法以矢量集合的形式来表示误差空间,并定义出矢量集合的加法,根据这种矢量集合的加运算,由误差源的误差空间得到机构终端的误差空间,从而把传统的精度分析中由矢量到矢量的计算模式变为矢量集合到矢量集合的计算模式,很好地解决了误差空间的分析传递问题。该方法计算量小,形象直观,可深入反映并联机构误差传递的特点,为分析机构中公差、随机误差、铰链间隙等对终端精度的影响提供了新的工具。以S tew art平台的精度分析为实例进行了仿真实验,通过矢量集合的加运算确定出终端误差空间和误差极值。结果表明:与传统的分析方法相比,该方法结果更加准确,计算效率大大提高。     

直角坐标机器人设计方案的灰色模糊综合评价

文章分析了影响直角坐标机器人性能的各种指标和因素,构建了直角坐标机器人综合评价的指标体系。运用灰色理论和模糊数学的基本概念和方法,建立起直角坐标机器人设计方案的灰色模糊评价模型。通过熵权法确定元素的权重,使决策更具有科学性。利用该模型对设计实例的设计方案进行分析,评价结果符合实际情况,表明该评价模型能够客观地反映各设计方案的总体性能。     

机器人系统的一种轨迹跟踪控制方案

本文将逆系统和函数信号复现技术同自适应控制技术相结合,针对多关节型工业机器人系统,提出了一种新的自适应轨迹跟踪控制方案。仿真实验表明,在迪卡尔坐标空间(或关节坐标空间)中,机器人的终端执行器(或关节)能快速高情度跟踪所规划的运动轨迹,机器人结构参数和抓举负载的大范围变化对工作性能的影响很小,保证了整个系统的稳定性。     

晶格畸变自重构机器人的可达工作空间分析

提出了一种新的晶格可畸变的自重构机器人系统LDSBot,其4个模块可以组成一个平面并联机构式的晶格.首先将晶格简化成“移动副 旋转副 移动副”的等效串联机构,并进行运动分析;然后,根据旋量理论的指数积公式建立正向运动学模型;最后根据模块结构约束和晶格畸变运动约束,利用蒙特卡罗方法对二维和三维晶格的可达工作空间进行求解.结果表明,该晶格式机器人系统具有良好的空间可达性,为大规模自重构机器人系统的应用奠定了基础.     

车体多柔性件装配的误差分析

以桑塔纳轿车侧围装配为主线,建立了整个车体装置关系树,按照装配关系树各层之间的拓扑结构,综合各个柔性件在装配过程中的变形特征及焊接工夹具等因素,建立了车体装配误差传递关系,导出了柔性件装配误差的值和均方差的计算公式,比较了多柔性件串联和并联装置配过程中的误差累积,对两个柔性件在串联装配时的误差进行了数值分析,实例证明,本研究方法是可行的。