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。     

基于绳驱动的多段柔性连续体机械臂的运动学与实验研究

经自然腔道手术机器人要求具有良好的灵巧性,但灵巧性的提高会产生运动学模型复杂且难以建模的问题。针对绳驱动的多段柔性连续体机械臂进行了运动学分析和实验研究。首先,以双段柔性连续体机械臂为原型,基于分段常曲率和神经网络的方法,建立了任务空间和驱动空间的正逆运动学映射模型。以任务空间变量连续体机械臂末端位置为神经网络的输入量,驱动空间变量驱动绳的拉伸量为神经网络的输出量,拟合出了连续体机械臂末端位置和驱动绳拉伸量的映射关系。最后,进行了连续体机械臂的弯曲运动和轨迹跟踪实验。实验结果表明：双段连续体机械臂弯曲角度可达180°,验证了连续体机械臂具有大角度弯曲能力;在连续体机械臂末端的圆轨迹跟踪实验中,连续体机械臂的末端在x轴、y轴、z轴方向的平均绝对位置误差为1.743、1.334和1.172 mm,验证了连续体机械臂的运动学模型的有效性。     

细长机械臂的刚度灵敏度分析与参数优化

针对细长机械臂的结构优化问题,提出了一种基于刚度灵敏度分析的参数优化方法.以三自由度固体火箭发动机内壁打磨机器人为例,首先给出了系统结构模型并建立了机械臂的刚度模型;其次,针对机械臂上7个关键部位的壁厚对弯曲刚度的影响进行了灵敏度分析,确定出对机械臂刚度敏感的4个部位壁厚变量;最后,以该4个壁厚变量为设计变量进行优化设计,得出了最优方案.仿真结果表明,经过参数优化后的机械臂刚度提高7.04%.该研究结果为此类机械臂的结构优化问题奠定了理论基础.     

六关节检修机械臂动态碰撞检测

该六关节机械臂被用于蒸汽发生器的检修工作.为了实现在狭小的工作空间内无碰撞的安全工作,如何判断和避免碰撞是关键问题.针对发生碰撞的2种情况:机械臂各关节和检修工具与蒸汽发生器水室内壁、挡板面和管板面间的碰撞;机械臂各关节之间以及与检修工具间的碰撞,采用基于AABB盒和等效空间圆柱体相结合的网络包围法,对可能发生碰撞的部位进行了系统分析和研究,将机械臂的碰撞检测问题转化为空间解析几何问题,大大简化了问题的求解,得到了碰撞检测算法,并用Visual C++予以实现.通过仿真分析和实验证明了该方法的有效性.     

宏-微机器人末端惯量特性的数学分析

宏－微机器人是指一个小的机械手附在一个大的机械手末端构成的机器人系统。通过对宏－微机器人运动学、动力学的分析，研究了宏－微机器人的末端惯量特性；数学分析给出了宏－微机器人末端有效惯量的解析表达式，并进一步证明了宏－微机器人有减小末端有效惯量、扩充系统频带的特性。     

宏—微机器人系统及其连续轨迹控制研究

宏-微机器人即一小机械手附在一大机械手的末端构成的机器人系统，这种机器人有减小末端有效惯量、扩充频带的特性．介绍了研制的宏一微机器人，并进行了连续轨迹跟踪方面的实验研究，取得了满意的结果     

基于STM32的机械臂运动控制系统设计研究

为了提高机械臂运动的准确性以及提高机械臂的控制效率,运用STM32处理器设计了一种机械臂运动控制系统。采用STM32作为主控系统的核心,通过角度位移传感器构成机械臂的感知模块,利用舵机驱动电路构成机械臂的运动模块,从而形成机械臂运动控制系统的硬件单元。以模糊PID控制理论为软件核心,对机械臂运动过程中的轨迹偏差进行计算,形成控制量。主控器STM32将根据控制量对机械臂的运动模块发出调控信号,使得机械臂能够快速回归预定的运动轨迹。实验结果表明,本文所设计的机械臂运动控制系统,能够快速、准确地对机械臂的运动状态进行控制,提高机械臂运动的准确性。     

Dynamics optimization of a novel high speed and high precision 3-DOF manipulator

0 IntroductionParallel kinematic manipulators (PKM) are a classof promising machineforthe manipulationand assemble ofelectronic device , because they have some advantagesover the serial manipulator ,such as high load carryingcapacity,good dynamic performance and precise position-ing[1]. Anovel hybrid 3-DOF manipulator , which com-bines the advantages of parallel manipulator and serialmanipulator, is studied in this paper . As shown inFig·1 ,the manipulator is composed of planar parallelmec…     

平面关节型机械手的运动学求解与仿真研究

根据平面关节型机械手的结构特征,运用杆件坐标系建立平面关节型机械手的运动学模型;通过建立A矩阵和矩阵变换实现机械手的位置、速度正运动学和逆运动学求解;在正运动学和逆运动学的数学模型基础上,选择MATLAB机器人工具箱为软件平台,建立平面关节型机械手模型并进行仿真,获得关节扭矩和角速度曲线,为伺服电机的选择、控制系统的设计和研发提供参考和决策依据。     

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.     

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．     

冗余机器人奇异位形分析的新方法

阐述了一种用来分析奇异位形的新方法,此方法的建立是基于虚位移原理来对余冗操作手列出力平均方程组的,通过求解方程组,可方便地找出奇异位形。     

一种无标定视觉伺服系统的快速跟踪策略

为了提高机械臂跟踪动态目标的跟踪效率,本文提出了一种无标定视觉伺服系统的快速跟踪策略.一方面,该策略通过预测机械臂关节角的方法,使得控制器计算行为与机械臂运动行为同时进行;另一方面,该策略使用最新的图像信息计算关节角,提高了系统的实时性.在仿真实验和实物实验中,构建了应用不同跟踪策略的两个无标定视觉伺服系统以跟踪动态目标.最后,通过对比两系统的跟踪时间和跟踪路径,验证了新跟踪策略的快速性、实时性和抗干扰性.     

一种仿生机械臂空间位置反馈方法的研究

为了解决仿生机械臂空间位置反馈的问题,将眼电图作为神经反馈,应用于仿生机械臂空间位置反馈系统,通过多角度目标点重复扫视实验,分析眼球转动角度与对应眼电信号特征之间的映射规律,建立了人眼双目视觉定位模型.采用四元数法构建人眼、仿生机械臂坐标转换模型,并通过自行设计的物理实验平台进行坐标转换参数标定、计算旋转矩阵和平移向量,根据参数化定位模型将提取到的目标点转换为机械臂坐标系位置信息,从而实现了空间定位.研究结果表明,人眼双目视觉的定位模型可以有效地提取目标点坐标,为仿生机械臂提供空间位置反馈,同时也为仿生机械臂空间位置反馈提供了新思路.     

工业机器人动力分析

木文用矢量运算和拉格朗目方程推导出一套工业机器人运动学和动力学计算公式.这些公式可用来计算机器人上各连杆的运动速度、加速度、惯性力,以及各关节上驱动器的功率和机器人的最大负荷能力.文中的几何影响系数仅与各连杆的位置和方向有关,因而使公式变得简单而明确.这些公式除用于机器人设计计算外,也可以用来研究机器人的动力特性,以及对机器人的运动进行实时控制.     

Model-free adaptive control of space manipulator under different gravity environment

Due to the release of gravity in the space environment, the dynamic characteristics of the space manipulator have changed compared with that of the ground, which results in the change of its tracking precision. This paper presents a model-free adaptive control(MFAC) strategy to track the desired trajectory under different gravity environment. A dynamic transformation method and full form dynamic linearization(FFDL) approach are selected to dynamicly linearize the system, which can better eliminate the complex dynamics that may exist in the original system. The controlled object uses the two degrees of freedom of space manipulator and the controller only depends on the desired angle and torque of each joint of the space manipulator. Moreover, the proof of stability is also provided. Finally, simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed strategy. It is shown that the proposed approach can achieve better trajectory tracking performance under different gravity environment without changing the control parameters, and the tracking precision can be significantly improved as compared with the proportional differential(PD) control results.     

Task Space Division and Trajectory Planning for a Flexible Macro-Micro Manipulator System

This paper deals with a flexible macro-micro manipulator system, which includes a long flexible manipulator and a relatively short rigid manipulator attached to the tip of the macro manipulator. A flexible macro manipulator possesses the advantages of wide operating range, high speed, and low energy consumption, but the disadvantage of a low tracking precision. The macro-micro manipulator system improves tracking performance by compensating for the endpoint tracking error while maintaining the advantages of the flexible macro manipulator. A trajectory planning scheme was built utilizing the task space division method. The division point is chosen to optimize the error compensation and energy consumption for the whole system. Then movements of the macro-micro manipulator can be determined using separate inverse kinematic models. Simulation results for a planar 4-DOF macro-micro manipulator system are presented to show the effectiveness of the control system.     

机器人离线轨迹规划的图形仿真的研究

本文研究在IBM-PC微机上进行机器人离线轨迹规划的图形仿真系统。该系统可用于机器人运动学,动力学和轨迹规划的分析,并能产生机械手和广义物体组成的环境物的三维几何模型。系统以交互方式工作。在微机的CRT上,机械手连杆的运动具有动态效果,基于MINIMAX准则,我们提出了一种用于轨迹规划的动力学性能指标。根据该指标所进行的轨迹规划可以获得最小的关节驱动力矩。文中给出了PUMA560和STANFORD机械手的仿真结果。     

Combined method for parallel manipulator configuration design

Configuration design is an essential, creative and decision-making step m parallel manipulator design process, in which modeling and assembly are iterative and trivial. Combined approach with automatic parametric modeling and automatic assembly is proposed for parallel manipulator configuration design. The design process and key techniques, such as configuration design, configuration verification, poses calculation of all parts in parallel manipulator, virtual assembly and etc., are discussed and demonstrated by an example. A software package is developed for parallel manipulator configuration design based on the proposed method with Visual C＋＋ and UG/OPEN on Unigraphics.