基于NURBS算法的冗余机械臂轨迹规划

为有效抑制机械臂高速运动过程中的波动,提出一种基于NURBS(非均匀有理B样条)算法的七关节冗余机械臂轨迹规划方法。根据NURBS算法的性质,将关节运动路径点作为曲线控制点,根据绝对运动距离计算出非均匀节点矢量,把权因子作为控制变量进行速度、加速度条件约束,完成对由离散点组成的机械臂各关节特定轨迹进行逼近。通过计算机对建模和仿真,验证了该算法在冗余机械臂轨迹规划中的可行性和有效性。     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。     

一种新颖的冗余度机器人及其视觉伺服方案

视觉伺服冗余度机器人在灵巧操作、装配等领域有很好的应用前景 .为了减少其运动规划的计算量 ,设计了一种具有准万向关节的七自由度机械臂结构 .在此基础上提出了一种基于位姿分散自律速度控制的运动规划方法 :采用速度矢量极小最小二乘分解方法进行腕部运动速度控制 ;根据欧拉角法则正向递推解决操作手的姿态规划问题 .文中还采用数值仿真手段验证了其有效性 .该方法的特点是物理意义明确 ,算法简单 .同时具有一定的运动学鲁棒性 .     

基于超冗余度机械臂动力学的时间最优轨迹规划

基于超冗余度机械臂的动力学方程，提出了一种超冗余度机械臂同时受速度和力矩约束的时间最优轨迹规划方法，它首先采用B样条曲线拟合无碰撞墩散路径，得到由伪位移参数s表示的超冗余度机械臂连续，光滑运动路径，然后对动力学方程和约束方程进行数学变换，得到由s表示的动力学方程和约束方程，最后以s和伪速度s分别作为动态规划的阶段变量和状态变量，对超冗余度机械臂进行时间最优轨迹规划，仿真结果表明，所给出的时间最优轨迹规划算法是正确的，所采取的解决方法是可行的。     

冗余度空间机械臂的动力学与优化控制

利用多体系统动力学方法导出冗余度空间机械臂的动力学方程，利用动力学优化控制规律，以最小关系速度为目标，讨论了冗余度空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的控制问题，通过仿真计算，表明控制规律的有效性。     

一种7R冗余机械臂的容错空间优化

以一种双偏置7R冗余机械臂为研究对象,探讨其单关节容错空间的优化问题.针对容错空间体积的变化规律,考虑容错空间与工作空间的关系,引入转换比的概念,通过选取合适的关节锁定角范围对机械臂的容错空间进行了优化.研究结果表明,在两种不同的锁定角范围取值方式下,随着锁定角的增大,转换比均呈现先上升后下降的规律.同时,最高转换比对应的锁定角亦得到确定.      

卫星在轨自维护系统的动力学建模与仿真

建立了卫星在轨自维护系统的结构模型.基于动量守恒定律,建立了自维护系统末端操作器速度与卫星本体速度及机械臂各关节速度之间的关系.以操作太阳帆为例,对机械臂的运动与卫星本体姿态变化之间的关系进行了仿真分析.仿真结果表明,机械臂运动速度对卫星姿态不产生影响,而机械臂转动角度决定了卫星姿态.     

五自由度机械臂的建模与仿真

采用Adams和MATLAB联合仿真的方式,对一种桌面级五自由度机械臂进行三维建模、路径规划及运动学仿真。首先,使用Solidworks软件完成机械臂的三维模型的建立,并将该模型导入Adams软件,得到该系统的虚拟样机。其次,联合MATLAB和Adams软件实现了机械臂的路径规划仿真,获得机械臂的关节角度、关节速度和关节加速度等运动学特性曲线。在此基础上,进行机械臂的实验操作,并对二者进行比较。结果表明机械臂的结构合理,运动学特性稳定,仿真实验结果可靠性强,为该机械臂的运动控制及优化等奠定基础。     

一种新颖的宙余度机器人及其视觉伺服方案

视觉伺服冗余度机器人在灵巧操作、装配等领域有很好的应用前景,为了减少其运动规划的计算量,设计了一种具有准万向关节的七自由度机械壁结构,在此基础上提出了一种基于位姿分散自律速度控制的运动规划方法：采用速度矢量极小最小二乘分解方法进行腕部运动速度控制;根据欧拉角法则正向递推解决操作手的姿态规划问题,文中还采用数值仿真手段验证了其有效性,该方法的特点是物理意义明确,算法简单,同时具有一定的运动学鲁棒性。     

六自由度水下机械臂动力学模型及流阻影响研究

针对应用于深水环境的六自由度水下机械臂,首次基于迭代Newton-Euler矢量力学方法和Morison方程建立了静水条件下考虑流体阻力的六自由度机械臂动力学模型,得到了各关节流体拖曳力矩和附加质量力矩的解析表达式,进而推导获得了各关节的驱动力矩和水阻力矩解析表达式.通过Matlab软件仿真分析了流体阻力对机械臂关节控制力矩的最大影响可达8.69%,结果表明流体阻力对机械臂的影响是不可忽视的.在某些水下高精度作业的情况下,应用文中提出的考虑流体阻力影响的六自由度机械臂动力学模型可以获得更高的机械臂控制精度.      

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.     

基于图像矩和矢量积法的六自由度机械臂视觉伺服控制

针对眼在手上的六自由度机械臂系统,提出一种基于图像的视觉伺服控制.通过图像矩和矢量积法,建立机器人正向、逆向运动学模型,引入雅可比矩阵解决机器人逆运动学解析问题.建立了图像矩特征变化量和笛卡尔空间的关节角速度之间的映射关系即复合雅可比矩阵,由矩特征变化量得到伺服过程中六自由度机器人各关节角速度.保证在图像逼近期望图像时,机械臂末端到达期望位置,并且此时关节角速度将收敛到零.仿真结果表明,计算复合雅可比矩阵的方法可控制机械臂渐近稳定到期望位置.     

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.     

YS—I并联机器人的运动分析

本文根据YS-I并联机器人的结构特点,在速度和加速度分析过程中,以上平台虎克铰中心作为研究的关键点,首先通过对位置反解显式直接求导建立该关键点与液压缸之间的关系,然后通过矢量运算得到液压缸输入与夹持器输出之间的一、二阶影响系数矩阵.在影响系数的推导过程中避免了与上平台转动参数发生联系,所导出的一、二阶影响系数矩阵只与液压缸的单位矢量和夹持器中心到上平台虎克铰中心的位置矢量有关,使加速度求解的方法大为简化.     

冗余度机器人灵活性的控制

本文研究冗余度机器人没有障碍物存在时的轨迹规划,提出了在Chebyshev意义下,用以改善灵活性的控制算法。控制算法利用连杆间的自身运动,即利用冗余空间产生出满足终端运动要求的、较低关节速度的机器人形态,灵活性的控制可通过线性规划方法求解。平面三连杆和四连杆机械手的仿真结果,证明了本文所提出的控制算法的有效性。     

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。     

机器人操作器的动态灵活性测度

本文在加速度水平上讨论了机器人操作器的位姿灵活性,推导出操作器端部执行器的加速度和铰力关系方程;从此关系方程出发,并根据向量的广义相关性理论及 Moors-Penrose逆,文中提出了操作器位姿动态灵活性的两个度量指标——绝对动态灵活性及相对动态灵活性指标.     

机器人操作手的力传递灵活性测度

根据向量系的广义相关性理论,提出了向量系的总体相关性及相对相关性测度指标,并应用这一测度指标,研究了机器人操作手的力传递灵活性,提出了力传递灵活性的测度理论;最后,运用这一理论,确定了机器人操作手的最佳传力位姿.