基于Groebner基法的一般串联6R机器人机构逆运动学分析

基于Groebner基法，仅用Duffy的含3个未知变元的4个运动学方程，附加3个正余弦恒等式，不增加其他几何约束方程，对一般6R机器人机构逆运动学进行符号解分析，并得出一般串联6R机器人机构逆解最多为16解的结论．本文使用的数学机械化方法可推广到涉及非线性代数方程组的其他机构学问题的求解．     

集成2R1T并联机构的艾灸辅疗机器人概念设计与运动学分析

设计一种用于艾灸辅疗的新型五自由度混联机器人机构，该机构由2UPS&1UPR&1UP并联模块和2R串联模块组成.首先，给出该混联机器人的概念设计方案，并运用螺旋理论分析2UPS&1UPR&1UP并联模块的自由度，建立该混联机构的运动学模型并推导其位置逆解的解析解，进而求得全局雅克比矩阵和奇异位型.在此基础上，采用“分层切片”的搜索方法得到该艾灸机器人的可达工作空间.最后，制作概念样机，并通过运动位姿实验验证运动学逆解与工作空间分析的正确性.研究表明，所提混联机器人机构具有大转角和大工作空间的性能优势，可以满足艾灸辅疗流程对器械运动形式与工作空间的需求.     

基于四元数矩阵与Groebner基的6R机器人运动学逆解算法

为促进一般6R机器人运动学逆解的应用,提出了一种四元数矩阵和对偶四元数矩阵算法,该算法把四元数应用于平面旋转的特殊情况,把旋转角度的正弦、余弦改写为矩阵形式,可以导出平面四元数的2个矩阵形式的基,建立了四元数矩阵形式的串联6R机械手运动学方程,再通过线性消元和2次应用分次字典序Groebner基消去5个变元,最后采用Dixon结式进行消元,得到没有增根的一元16次方程。这种算法得出的结果通过与过去得出的6R机器人逆解算法进行对比,表明所提出的算法可行性和正确性。     

基于旋量分析的4-PaUS/PPPU并联机构设计与性能仿真

由于并联机器人的多环结构能有效解决串联机器人在高精度加工领域精度低，刚性差，响应慢等问题，因此通过旋量法设计了一种新型4-PaUS/PPPU的2R3T并联构型，利用旋量理论分析了该机构的自由度，给出了机构的逆运动学逆解解析式。由运动/力传递性能分析结果可知，在工作空间内并联机构ITI值在0.7以上，运动/力传递性能良好。     

面向3C产品装配的高速冗余度机器人系统研究

针对3C产品高速装配领域,以平面3R冗余度机器人为研究对象,提出了一种驱动单元集中布置的传动方案,保证了机器人的快速性和稳定性.在Solid Works环境下,对平面3R冗余度机器人进行了三维模型设计,并联合Matlab软件中的Sim Mechanical插件完成机器人动力学建模及分析.采用D-H方法建立平面3R冗余度机器人运动学模型,基于此模型提出了一种针对冗余度机器人的避障路径规划算法,利用冗余运动链的自运动在零空间实现障碍回避.通过对平面3R冗余度机器人的仿真实验验证算法的有效性.     

利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法

为获得串联机器人位置逆解的解析解,使用共形几何代数对串联机器人位置逆解进行了研究。利用共形几何代数中基本几何元素的内积和外积运算,获得串联机器人各关节点的位置,然后通过构造经过关节点的直线与直线以及平面与平面的内积,求解出机器人所有关节转角,从而直接获得了串联机器人位置逆解的解析解。该方法求解简捷,几何直观性好,避免了经典机器人运动学理论中欧拉角、矩阵的运算以及复杂的多元高次非线性方程组求解,求解过程和结果可以明显地反映机器人几何结构与机器人运动之间的几何关系。以一种空间6R串联机器人位置逆解为例进行了求解,算例计算表明该方法正确、有效,计算效率提高了近44倍。     

非球型手腕6R串联型喷涂机器人逆运动学分析

在喷涂机器人中引入非正交非球型3R手腕,根据6个转动关节的空间布局特征,采用矩阵方程和方向余弦相结合的方法,对非正交非球型手腕6R串联型喷涂机器人进行了逆运动学分析,推导出仅含4个未知参数的4个非线性方程组成的方程组,进而可用maple软件进行求解,最后给出一个具有非正交非球型3R手腕的6R串联型喷涂机器人的逆运动学计算实例.矩阵方程和方向余弦相结合的方法也可以推广到其他机构学问题的求解.     

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.     

平面3-RRR全柔性机器人的微运动学分析

讨论了一种并联平面3-RRR全柔性机器人机构的微运动学。首先建立了机构的“伪刚体模型”，利用铰链位移法对机构进行了微运动学分析，最后进行了数值验证。     

下肢康复训练机器人的重心轨迹控制研究

通过从理论上建立人行走时重心轨迹运动学模型，设计了一种基于下肢康复训练机器人的重心轨迹控制系统，并对此重心轨迹控制系统进行了机构运动学仿真．对机构所能得到的模拟重心轨迹与理论得到的重心轨迹进行了对比分析，为重心控制系统的最优化设计提供理论依据．     

一种2R1T并联机构位置反解和工作空间分析

设计了一种带封闭支链的2R1T并联机构，机构主体组成包括定平台、动平台、两条RPS支链、一条由封闭支链2SPR和S组成的支链。通过改变三个P副的位移大小来控制动平台的位置及姿态。基于螺旋理论，对2T1R并联机构进行自由度分析，分析得到该机构有两个转动自由度和一个移动自由度。建立机构运动学的反解模型并进行反解求解。应用SolidWorks建立2R1T并联机构的模型并用Matlab建立运动学模型。应用数值搜索法基于位置反解在Matlab中求解得到并联机构的工作空间。     

CNC雕刻机平面并联机构的运动学设计

提出一种新型三坐标CNC雕刻机的概念设计。该雕刻机采取平面并联机构实现X，Y方向进给运动，而安装在该机构末端的串联主轴实现Z向进给运动。针对该平面并联机构，研究基于总体灵活度的运动学设计方法，指出运动学设计问题可归结为以全局运动性能指标最大为目标的单目标、有约束的优化设计问题。同时，利用随机方向法搜索到一个最优解，通过实例分析进行验证。结果表明，提出的方法是可行的，可用于样机的开发。     

基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手设计与性能研究

为满足工业上对机器人灵巧手灵巧度高、承载能力强和精度高的要求,提出一种具有2T1R运动类型的仿人并联手指机构,并设计一种基于仿人并联手指机构的机器人灵巧手.对并联手指机构进行了 自由度、运动学的分析,并用Adams对运动学分析进行了验证;利用机构的约束条件,确定了并联手指机构的工作空间;根据所建立的雅克比矩阵,研究了并联手指机构的奇异性与灵巧性,分析了力的传递性质;建立了灵巧手的抓取模型,分析了灵巧手协调操作的自由度、运动学和空间.通过研究分析,验证了灵巧手可行性与实用性,运动及性能方面可以满足工业生产的需求.     

平面二自由度并联机器人运动学参数的快速估计方法

以闭链约束方程为基础,建立了平面二自由度并联机器人的运动学误差模型,并进一步提出了基于两步迭代的运动学参数校准方法.通过先估计被动关节角度误差和运动学参数误差,实现了对并联机器人运动学参数的估计.该方法通过对并联机器人12个运动学参数的校准仿真实验,对所提参数估计方法进行了验证,得到了准确的参数估计结果.     

基于MATLAB的五轴坡口切割机器人运动学分析与仿真

设计了一种新型的基于机器视觉的五轴坡口切割机器人,用于满足加工平面钢材的坡口切割作业.首先,建立了五轴坡口切割机器人的SOLIWWORKS模型,验证机器人机械本体的设计是否可以满足工作要求;其次,根据SOLIDWORKS模型建立机器人的DH参数表和DH坐标简图;然后,通过机器人的齐次变换对机器人进行正运动学和逆运动学分析,从数值角度对机器人的结构合理性进行分析;最后,利用MATLAB软件对机器人进行运动学建模与仿真.用MATLAB对机器人进行运动学仿真,主要分为对机器人进行静态模型仿真,机器人的末端操作器运动空间仿真和不同路径轨迹规划下的机器人末端操作器运动仿真.通过仿真模型证明了机器人机械结构设计的可行性,为机器人控制系统和控制算法的设计提供理论支持.     

一种6自由度关节机器人逆运动学共形几何代数法

为获得一种6R(R为转动副)焊接机器人运动学逆解,使用共形几何代数(CGA)对焊接机器人运动学进行研究.利用共形几何代数中基本几何元素的表达以及几何形体的内积和外积运算,获得了焊接机器人各关节点的位置;通过构造经过关节点的直线与直线以及平面与平面的内积,得出机器人所有关节转角余弦表达,从而获得了焊接机器人位置逆解所有解析解.最后,以一种空间6自由度关节机器人为例求解运动学逆解,结果表明,新方法正确有效,几何直观性好.     

3-RRRT并联机器人运动学和奇异位形分析

本文以3-RRRT并联机器人为研究对象,利用矢量法建立了解析形式的运动学方程,得出该机构每个支链的逆运动学有4个反解,因此机器人具有64组反解．利用MATLAB软件给出了第一支链的4个解和该机构逆运动学的一组解．基于雅克比矩阵的可逆性,研究了3-RRRT并联机器人的正逆运动奇异问题．结果表明：利用矢量法进行逆运动学问题分析更为简洁和方便．     

4足机器人腿部机构运动学分析及步态规划

为提高足式机器人的承载能力与运行稳定性,提出了一种基于3UPR并联机构的4足机器人,并对其运动性能进行分析. 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,通过位置反解模型对机器人腿部机构进行运动学分析,得到驱动进给量和驱动速度. 通过ADAMS仿真与理论计算结果的数据对比,验证模型建立的正确性. 通过求解速度雅克比矩阵对机构进行奇异性分析. 根据单腿的运动轨迹,对机器人进行对角步态规划. 结果表明该机构具有X、Z方向转动和Y方向移动的3个自由度. 该机构不存在奇异位置,且具有良好的运动性能. 步态仿真结果表明,机器人可以在平地上实现平稳运动,前进速度达到135 mm/s.      

上肢康复机器人机构设计与分析

针对上肢功能障碍患者的自主康复训练问题,在对现有康复机器人研究方案的深度剖析的基础上,为简化机构降低成本,提出了一种基于气缸驱动的2自由度上肢康复机器人.首先在SolidWorks建立上肢康复机器人的整体模型,通过D-H分析法建立坐标系,求得系统正运动的参数方程,利用Matlab对该机器人末端机构的位置进行分析,其次运用雅克比矩阵求解末端执行器的速度,结合ADAMS对建立的上肢康复机器人模型进行运动学仿真分析,最后在ANAYS中对大臂支撑件和小臂支撑件进行静力学分析.研究结果表明,该上肢康复机器人机构在简化结构后,仍然能保证康复训练的可行性,为上肢机器人的推广使用提供了理论参考.     

一种自主研磨作业机器人动力学仿真

研究了一种由直角坐标机构、转动机构和摆动机构构成的自主研磨作业机器人的运动学和动力学分析,以支链构件相对坐标和动平台绝对坐标作为广义坐标,结合Lagrange方法建立了运动学和动力学模型,并利用Matlab软件平台进行了运动学及动力学仿真,仿真结果说明了该模型的正确性与实效性,进而为自主作业机器人的轨迹规划及控制研究提供参考。