基于Recurdyn的移动机器人倾覆性分析

针对履带式移动机械臂在运动过程中可能存在倾覆性的问题,以自制的履带式移动机械臂为研究对象,从动力学的角度研究机械臂的运动对移动平台攀爬楼梯过程中的影响,提出了一种机械臂主动改变位姿以维持系统稳定性的算法。首先,采用牛顿-欧拉法建立机械臂动力学方程,通过Solidworks三维软件辨识机械臂各连杆的惯性参数集,得到完整的机械臂动力学方程;其次,对移动平台进行受力分析,采用轮胎倾覆力矩(tire overturning moment, TOM)法衡量移动机械臂的倾覆裕度,判断系统的倾覆可能性;最后,采用Recurdyn仿真软件进行履带式移动机械臂攀爬楼梯仿真实验,仿真实验结果表明：移动平台在攀爬楼梯过程中,其TOM值逐渐增大,系统趋于不稳定状态;当机械臂改变位姿以维持系统平衡时,移动平台的TOM值逐渐减小,系统趋于稳定状态。可见,所提算法可以用来判断移动机械臂系统的倾覆可能性,同时机械臂可以主动改变位姿维持系统的稳定性,为移动机械臂运动稳定性状态的维持提供了有效的手段。     

双机械臂协调控制综述

双机械臂协调控制是实现机器人仿人控制的重要环节,实现协调控制需要依据完成任务的特点建模以及研究新的控制算法支持.本文对目前双机械臂建模方法、协调控制算法的研究进展进行了综述.建模是在刚性建模的基础上加入不同约束完成;控制算法涉及主从协调控制,自适应控制和视觉伺服控制以及其它智能控制算法.针对柔性操作对象,为实现控制目标,考虑增加对象的振动、机械臂运动产生的额外作用力、夹持对象的反作用力,介绍了控制机械臂运动的对应算法.还介绍了在人机协作领域目前的最新研究成果,并且分析控制方法目前存在的问题,对研究工作的发展趋势进行了展望.     

移动机器人的仿人双臂运动学研究

手臂的运动学算法是移动机器人手臂作业的一个关键问题,也是实现双臂协调作业的首要条件.基于此,针对一种特殊的仿人双臂机器人,在分析其运动关系的基础上,采用几何法和解析法相结合的算法对6自由度仿人双机械臂进行运动学分析,对手臂进行运动学正解和逆解,并建立移动机器人手臂和移动平台的位姿转换矩阵.数字仿真结果验证了运动学算法的...     

气动驱动的移动柔性臂振动控制

针对移动柔性机械臂的振动抑制问题,提出了一种基于有杆气缸驱动的控制方案.该方案采用脉冲码调制方法控制气缸活塞杆的运动,从而抑制柔性臂的振动.文中构建了气动系统回路,推导了气动驱动控制柔性臂的系统模型,并基于控制算法的闭环方程分析了该方法在实现滑块定位的同时实现抑制振动的可行性.最后,建立了基于气动驱动的移动柔性臂实验系...     

带滑移铰空间机械臂协调运动的自适应分解运动控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基带滑移铰空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的逆运动学问题.结合系统动量守恒关系进行的系统运动学分析表明,可以将空间机械臂本体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的增广广义Jacob i矩阵表示为一组适当选择的组合惯性参数的线性函数.以此为基础,设计了系统部分参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法.由于充分利用了空间机械臂系统动量守恒的动力学特性,本文提出的方法具有不需要测量、反馈载体基的位置、移动速度及移动加速度的显著优点.系统数值仿真证实了该方法的有效性.     

多连杆机械臂加速度层最小运动规划和控制策略

为实现多连杆机械臂在加速度层最小运动规划和控制,提出了一个基于最小加速度范数的运动控制策略.该方案通过二次规划的描述,考虑机械臂的关节角、关节速度和关节加速度极限约束,在运动控制过程中规避了机械臂的物理极限.为高效地控制机械臂运动,提出计算复杂度较低的迭代控制算法.六连杆机械臂仿真实验结果验证了最小加速度方案及其迭代控制算法的有效性.     

轮式水下焊接机器人及其运动学分析

针对深水环境中大型构件的自动化焊接问题,设计了一种全位置水下焊接机器人.该机器人采用磁轮式移动平台与4轴旋转机械臂相结合的机构形式,平台通过磁轮吸附在构件表面,以实现大范围的移动,4轴旋转机械臂的姿态变换可实现全位置焊接.为完成预定轨迹的焊接操作,对移动平台与旋转机械臂进行运动学建模,得到平台与各关节的运动学参数.利用机械系统动力学建模对上述运动学参数进行仿真和实验操作,验证了轨迹精度满足要求.     

轻质采样机械臂设计与分析

土壤采样机械臂是深空着落探测器进行采样探测的必要机构。根据深空探测的环境要求,设计出满足结构强度的高可靠性的轻质机械采样臂,采用一个旋转关节和两个移动关节组成三自由度方案。对移动关节和旋转关节进行设计,对采样加热组件进行设计。对采样机械臂系统作运动学分析,采用D-H法建立系统运动模型,设置各关节坐标系,推导出各坐标系之间的坐标变换矩阵以及坐标向量矩阵,得到运动学正解和运动学逆解方程,为后续的分析及研究做准备。     

人机协作下机械臂动态避障与避奇异研究

针对人和机械臂在同一空间下协同工作时,机械臂的运动可能对人造成伤害这一问题,提出一种基于机械臂关节速度空间的动态避障与避奇异算法.该算法对机械臂的奇异性进行量化分析,采用最小阻尼二乘法实现机械臂的避奇异操作.同时融合人工势场的思想,借助机械臂的非完整雅可比矩阵,实现机械臂对人及自身的实时动态避障.最后在仿真和实际机械臂上进行实验,实验结果表明:该算法可以实时地对环境中的动态行人进行主动避障同时避开机械臂的奇异点,保证人机协作过程中操作人员的安全.     

船体分段机械臂划线实验研究

为使学生充分理解船体分段切割划线作业的工艺流程,针对划线机械臂,开展了船体分段四自由度机械臂划线实验研究。基于DELMIA仿真平台,建立了虚拟样机模型。在互不干涉和碰撞的前提下,依据划线任务设置机械臂的运动轨迹,对机械臂的划线流程进行仿真,可得到各关节运动数据;把各关节运动数据转化成机械臂能识别的代码,即可控制机械臂物理样机按仿真轨迹完成划线。结果表明,实验验证了划线方案的可行性和仿真实验的有效性,可获得合理的划线方案,通过工程实践与教学实验结合,提高了教学效果,有效地激发了学生的学习积极性,并且提升了学生利用实验方法处理实际工程问题的能力。     

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。     

漂浮基空间机械臂姿态与末端爪手协调运动的模糊变结构滑模控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制情况下,漂浮基空间机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的控制问题.结合系统动量守恒关系,分析、建立了空间机械臂系统运动的Jacob i关系及完全能控形式的系统动力学方程.在此基础上,应用变结构滑模控制理论设计了空间机械臂载体姿态与末端爪手惯性空间轨迹协调运动的变结构滑模控制方案;为了克服上述变结构滑模控制器抖振的缺点,附加设计了一个模糊控制器,以根据系统的控制输出来动态调节变结构滑模控制器等速趋近率的系数,从而达到既保证系统具有快速响应又能消除原有控制器具有抖振缺点的目的.系统数值仿真运算,证明了上述控制方案的有效性.     

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。     

基于数字罗盘的移动机械臂平台开门系统研究

开门研究对于拓展机器人工作环境具有重要意义。本文将体感传感器与数字罗盘引入移动机械臂平台控制系统中,利用体感传感器获取门把手的距离信息,利用数字罗盘获取平台的方位角信息,在VS2008环境下编写了基于体感传感器和数字罗盘的控制软件,使移动机械臂平台能按照正确的运动轨迹接近门把手并完成开门动作。开门实验结果表明,引入数字罗盘的开门方法提高了移动机械臂平台的开门成功率。     

移动机械臂整体控制研究

针对以固定的基坐标系机器人抓取不便,设计了一套移动机械臂整体,将一种以STM32为主控单元的六自由度机械臂,安装在配备有Kinect传感器的TurtleBot2移动机器人之上。通过TurtleBot2移动机器人及Kinect传感器实现的路径规划、环境地图构建和避障等功能,来控制六自由度机械臂的运动,配合机械臂的手动抓取和自动抓取,进行移动机器人与机械臂的协同运动控制。     

姿态受控漂浮基空间机器人系统协调运动的反演滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的反演滑模控制问题.结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学方程.以此为基础,基于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制方案.数值仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

一种神经网络复合型机械臂智能控制策略的研究

本文探讨了一种基于遗传算法和双映射神经网络复合型的机械臂智能运动控制器,实现了机械臂的轨迹跟踪控制。计算机仿真表明该控制器具有较高的控制精度和响应速度,可以满足机械臂工作要求。     

乒乓球捡放机械臂结构设计和优化

针对已捡放到球篮中的乒乓球如何进一步投入回收箱的问题,对乒乓球捡放机械臂进行了结构设计和优化.确定了机械臂结构形式,根据回收箱的大小分析了机械臂的运动空间,利用罚函数法和可变多面体搜索法实现了机械臂的结构优化,并采用MATLAB优化工具箱确定了最终尺寸.最后,采用铝合金材料制造了机械臂,将其安装在乒乓球捡放机器人样机上,并进行了20次乒乓球捡放实验.统计结果表明,机械臂的运动空间能够满足设计要求,可以实现乒乓球的准确投放.     

核电站蒸汽发生器维修机器人控制系统设计

针对一种用于核电站蒸汽发生器水室内辅助检修任务的6自由度作业机械臂,对其控制系统和运动轨迹规划进行设计研究.分析作业机械臂的工作环境和检修任务需求,设计了机器人的控制系统;对作业机械臂进行关节空间轨迹规划和笛卡尔坐标系轨迹规划,实现作业机械臂的点对点运动和连续路径运动,并利用深度相机和霍夫变换圆检测原理实现作业机械臂末端对管板圆孔的定位;对作业机械臂进行了轨迹规划运动实验和圆孔定位实验,结果表明,作业机械臂能够实现直线、圆弧轨迹运动和管板圆孔识别定位,满足蒸汽发生器的全方位检修要求.     

基于ROS的液压重载机械臂避障仿真

为实现液压重载机械臂的运动轨迹规划,采用SolidWorks建立了七自由度机械臂空间结构模型,通过ROS平台的URDF文件建立仿真模型.使用MoveIt实现运动规划,借助快速扩展随机树算法(RRT)进行机械臂的路径规划,得到机械臂各关节位移随时间变化的曲线.仿真结果表明机械臂在障碍物环境中实现了自动避障,该方法为在复杂障碍环境下进一步改进规划算法提供了直观便捷的方法.