计入多个闭链影响的四自由度机器人动力学优化

文章以动力学性能指标为优化目标,对含多个局部闭链的四自由度码垛机器人结构设计中的尺寸参数优化设计方法进行了讨论;充分考虑多个局部闭链间的相互影响,建立了码垛机器人的刚体动力学模型,对模型的计算精度进行了验证分析;在此基础上,针对机器人典型的运动轨迹下的动力学性能优化设计方法进行了探讨,以机器人各驱动关节的峰值扭矩和机器人总能耗最小为动力学优化目标;优化过程中,计入杆件质量和质心位置的影响,并利用平方和加权法将多目标优化问题转变为单目标优化问题。算例结果表明,优化后各项动力学性能指标得到明显改善,腰部、大臂和小臂的驱动峰值扭矩降幅分别为8.35%、16.23%和10.45%,机器人总能耗降幅为9.78%,验证了该优化方法的有效性。     

基于SolidWorks与Adams的焊接机器人动力学仿真

本文先用拉格朗日法对一款六自由度焊接机器人进行动力学分析,得出该机器人各个关节的峰值力矩理论值。并运用Solid Works建立了该款机器人的三维装配模型,将其导入到Adams后进行动力学仿真分析,在Adams中仿真出焊接机器人在不同工况下各个运动情况,得出各个关节处的力矩图。并将仿真出的峰值力矩与所求的理论峰值力矩对比,验证仿真数据的正确性。将仿真结果与该机器人各个驱动关节处电机经减速器减速后的输出力矩对比,验证电机选型的合理性。     

六自由度机器人控制器参数的可区分性分析

六自由度机器人系统中有的控制器参数较多,优化目标和控制器参数之间的函数关系有时无法直接得到,难以用解析方法进行区分.因此,本文提出了一种基于轨迹灵敏度的控制器参数可区分性方法,通过分析若干控制器参数的轨迹灵敏度曲线的相位,判定这些参数是否可区分.以六自由度机器人单个模块的控制器为例进行应用研究,研究结果验证了上述方法的有效性.     

基于改进遗传算法的工业机器人能耗最优轨迹规划

为了降低工业机器人在工作过程中的能耗,提出了一种能耗最优的轨迹规划方法。将机器人的轨迹视为由空间中一系列的型值点构成,每相邻的型值点间由一段五次B样条曲线连接,得出机器人的轨迹函数。以动能作为目标能耗函数,同时考虑各个关节的运动学和动力学约束。对遗传算法进行改进,用于优化目标能耗函数,此改进遗传算法提高了算法的运算效率、局部搜索能力和实时性。对优化结果进行仿真,得出各个关节的运动学参数变化曲线,分析各个关节的曲线图知其均满足运动学和动力学约束条件,验证了此优化轨迹的合理性。     

基于力控制模式的四足仿生机器人的动力学仿真

针对四足仿生机器人,研究了基于力控制模式下的四足仿生机器人的动力学仿真实现方法.首先利用虚拟现实建模语言对四足仿生机器人进行仿真模型的建立和有关参数的定义;然后对四足仿生机器人按照空间向量代数建立运动学方程;接着,采用迭代牛顿-欧拉算法对四足仿生机器人进行逆动力学分析,以求得在力控制模式下的动力学仿真所需的各关节驱动扭矩,并建立了基于机器人中间件的动力学仿真系统.最后,通过四足仿生机器人在对角小跑步态下的动力学仿真实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

冗余并联机床驱动力优化解析

驱动冗余可有效消除并联机构在作业空间中的奇异位形,但其导致驱动力分配不唯一。该文针对一台4自由度的冗余并联机床进行了驱动力解析。在运动学分析基础上,得到各支链的偏速度矩阵及偏角速度矩阵,解算各支链的合力/力矩,利用虚功原理建立了该机构的逆动力学方程,并将其变换为线性格式,然后针对驱动冗余的特点,对驱动力分别进行了力优化及能耗优化,其中,力优化计算简单,而能耗优化可降低最大驱动力。该模型适用于冗余并联机构的动力学参数辨识以及动力学控制。     

换电机器人举升系统结构及控制参数集成优化

为提升纯电动汽车换电机器人续航能力,提出一种面向节能的换电机器人举升系统结构及控制参数集成优化方法。首先,对换电机器人举升系统结构参数进行初步匹配;其次,设计滑模变结构控制器,建立举升系统举升过程的能耗模型;然后,建立以举升系统能耗和角位移稳态误差为目标的优化模型,并利用多目标优化算法进行求解以获得举升能耗和角位移误差最优的结构和控制参数组合;最后,通过实验验证优化结果的可靠性。结果表明,经集成优化后稳态误差降低了53.68%,举升系统能耗降低了10.93%。     

绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域,并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先,确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人,并建立了考虑绳索弹性的动力学模型;其次,针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题,提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后,通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明,优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下,圆形轨迹最大误差均值为0.071 m,终点误差均值为5.15 mm;直线轨迹最大误差均值为9.25 mm,终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题,并为控制策略研究提供理论依据。     

基于关节刚度辨识的机器人加工过程姿态优化

针对工业机器人末端因其弱刚性在负载作用下产生较大力致变形问题,首先构建ABB IRB1410六自由度工业机器人正运动学模型、末端柔度与力致变形模型,再应用工业机器人加工运动过程中基于多位移传感器的关节刚度辨识方法,以法向刚度性能指标作为优化目标建立机器人姿态优化模型,设计模型求解方法优化机器人姿态,并通过重力负载实验获...     

新型自协作移动机器人及其力学协调分配方法

为获取机器人在操作过程中的最优力学性能,以可以实现多种操作模式的新型轮腿复合机器人为研究对象,提出一种自协作模式下的机器人动力学计算方法。首先,运用牛顿-欧拉方法求解支链的动力学方程,得到支链与平台之间的作用力关系;然后,根据力可操作度指标与动平台承受载荷方向的关系,并以各支撑支链关节力矩最小为目标,提出机器人在自协作模式下支链位置以及支撑力的最优协调分配方法;最后,以特定操作任务为算例,对提出的计算方法进行实例计算与仿真验证。研究结果表明:在引入姿态调整环节后,机器人力矩范数与能耗明显降低,且理论计算结果与仿真结果呈现一致性。     

基于轨迹约束的码垛机器人动力学分析及控制

针对码垛机器人动力学分析及控制问题,文章提出了一种基于轨迹约束的动力学建模和求解新方法,在求解的过程中避免了引入拉格朗日乘子等额外参数。将码垛机器人结构简化为平面闭链四连杆机构,建立平面二自由度无约束动力学模型,再以码垛机器人的目标轨迹作为系统约束,得到系统的约束动力学方程,该约束力即驱动机器人完成目标轨迹的驱动力,从而实现了机器人基于轨迹的动力学控制。通过Matlab仿真分析证明了该方法用于码垛机器人动力学分析与控制的有效性。     

欠驱动跳跃机器人运动规划

通过对欠驱动跳跃机器人的动力学模型的分析,结合机器人的雅克比矩阵及主被动关节之间的动力耦合关系,推导出了欠驱动机器人的伪逆运动学方程,对运动轨迹的优化数学模型进行降阶处理,并进行了运动规划的仿真分析.仿真结果分析表明了该方法的正确性及有效性,该运动规划方法对其他跳跃机器人的运动规划及控制方法的研究具有一定的理论参考价值,同时,亦可推广至平面多自由度的欠驱动机器人轨迹规划的问题上.     

绳驱动拟人臂机器人的刚度分析和优化

分析了一种绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度,这种7自由度机械臂具有特殊的串并混联结构,机械臂的肩关节和腕关节均为绳驱动3自由度球关节,通过对其刚度表达式的推导,再结合串联机器人刚度分析方法,描述了机械臂整体笛卡尔刚度矩阵的求解过程.首先描述了绳驱动3自由度球关节的推导过程,用以求解肩关节和腕关节的刚度;然后计算单自由度肘关节的刚度;最后通过结合肩、肘和腕刚度得到的关节空间刚度矩阵,运用修正的一致保守变换得到绳驱动拟人臂机器人的笛卡尔刚度.基于以上的刚度分析,提出了一种刚度优化算法用于改善机器人在运动过程中的刚度,仿真分析验证了这种算法的有效性.     

基于单自由度Watt机构的拟人步态下肢康复机器人设计

针对目前大多数下肢康复机器人结构复杂、造价高昂、控制不便等问题,文章优化设计出一款Watt-I型六杆机构式单自由度拟人步态下肢康复机构。对下肢康复机构进行尺度优化设计,以正常步态轨迹为目标轨迹对Watt-I型六杆机构进行轨迹综合,得到机构尺寸;对下肢康复机构进行轻量化设计,在SolidWorks中建立其三维模型,并导入到ANSYS Workbench中进行拓扑优化,得到优化后的简化模型;采用响应面方法对连杆板厚及边长等参数进行优化设计;基于优化后的机构对下肢康复机器人进行结构设计,给出三维模型。结果表明：该机构能很好地复现正常步态轨迹,目标轨迹点与对应机构轨迹点之间的平均位置误差仅为7.76 mm;在满足材料强度的条件下,轻量化后的六杆机构质量减少32.66%。该下肢康复机器人仅需一个匀速驱动即可为下肢运动障碍患者进行步行康复训练,具有普惠性。     

一种空间缩放式六自由度并联平台机构及位置反解

本文提出了一种以缩机构为分支的新型六自由度空间并联机器人机构模型，文中讨论了它的自由度，机构学特点，并给出了它的位置反解方法及数值算例。     

带被动踝关节的双足机器人动力学及步态研究

欠驱动双足步行机器人是仿人机器人领域研究的热点之一.针对带有被动踝关节的双足机器人,建立了五杆四驱动模型,对模型进行动力学分析.根据拉格朗日原理,建立机器人单足支撑动力学模型和基于碰撞的双足支撑动力学模型.建立完整的欠驱动双足步行机器人动力学模型.对机器人步态进行了规划.规划了欠驱动机器人的时不变步态;利用贝塞尔多项式拟合出虚拟约束的轨迹,给出了欠驱动机器人轨迹规划的算法;采用极限环方法,通过验证庞加莱回归映射不动点稳定性,验证了极限环的稳定性,从而验证了机器人步态的稳定性.     

仿人操作手动力学模拟

本文主要讨论了仿人操作手动力学正问题的模拟,即给定操作手末端执行器的运动和位姿,求解各关节的广义力。机器人动力学模拟涉及到机器人的轨迹规划、运动学反解,以及动力学建模和求解问题。对于球腕结构的六自由度仿人操作手来说,本文提出了用系统分解法进行运动学反解,用凯恩方程建立机器人动力学模型。本方法解算简便,经略微修改可适用于一般关节型机器人动力学模型。     

面向车路耦合的6x6轮式机器人动力学分析

为了准确的描述采用6个轮边电机独立驱动的双减震轮式机器人的响应特性以及轮胎的动载荷,通过构造适合不同等级路面的6x6轮整车13自由度垂向动力学模型进行仿真。该模型包含了双边六个车轮垂向位移,车身质心垂向位移,车身四角垂向位移,车身俯仰运动以及车身侧倾运动,并且将左右轮在行驶过程中的相干性以及行驶过程中左右轮地面信号输入的不同的情况考虑在内;同时利用三角级数法构造并验证了仿真所需的各级路面时域信号,可以模拟在任何等级路面下的运动情况;建立了利用MATLAB/Simulink平台求解该动力学模型,获得响应特性及轮胎动载荷的研究方法。结果表明,在F级路面下的整车13自由度垂向动力学模型的可行性以及准确性。可见,该动力学模型可为以后6x6双减震轮式机器人相关参数(例如悬架优化,有限元分析,轻量化设计)的优化提供参考。     

多关节跳跃机器人的起跳机理与运动规划分析

在给定离地任务要求的情况下,针对多关节冗余自由度跳跃机器人起跳机理及运动规划与优化问题进行了研究.以速度方向可操作度为性能指标,将期望的离地质心速度和加速度映射到关节空间,作为关节空间规划的边界条件.采用Fourier基函数参数化关节空间轨迹,从正运动学方程出发,结合驱动约束条件,利用粒子群优化算法搜索和寻求使能量利用率最大的参数值,实现起跳性能的优化.利用计算机仿真证实了此种方法的可行性.此外还建立了滑模控制器,实现起跳阶段轨迹跟踪控制仿真分析,为具有冗余自由度的多关节跳跃机器人的运动规划提供了一种有效的方法.