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。     

一种并联骨折手术机器人的安全运动控制方法

骨折手术机器人是实现精准微创骨折复位的优势方案．现有骨折复位手术器械存在效率低、精度差、缺乏复位安全策略等问题，难以保证安全高效的治疗．为解决上述问题，本文提出一种并联骨折手术机器人及基于全关节逆解算法的安全运动控制方法．首先，针对该并联机构开展全关节逆解分析．由骨折复位轨迹的离散轨迹点获取机器人末端的位姿，建立机器人机构的闭环矢量方程，以关节转角为未知量整理多元一次方程组，考虑关节间的运动约束通过两条运动链解析求解所有关节转角．其次，设计安全运动控制系统．上位机设置正常、预警及超限3种状态．在机器人运行过程中，由上位机读取复位轨迹离散点的位姿信息，通过全关节逆解模型计算出下一轨迹离散点对应的关节转角并判断运行状态，若超限则发送指令使机器人停止运动，并显示发生危险的关节位置．最后，开展安全运动仿真与实验研究．仿真表明全关节逆解模型可快速计算出全部关节的运动状态并准确进行安全判断．实验结果表明，骨折手术机器人运行过程中，控制系统可及时发现机器人临近危险状态并使机器人停止运动．本文提出的安全运动控制方法无需增设安全检测或保护装置，既保证了骨折手术机器人的轻质便携需求，又保证了安全高效精准的...     

图形信息与机器人轨迹控制的研究

为解决机器人在复杂路径作业时的离线编程,提出了用仿真结果提取机器人运动方程逆解的方法。首先以AutoCAD平台提取作业路径各控制点信息,运用ADAMS平台对机器人进行运动仿真。然后通过仿真结果导出机器人各关节的转角函数,并利用关节转角函数产生机器人的控制程序。最后用MOTOMAN-UP6机器人和相关软件完成了机器人切割作业的模拟实验,并通过实验证明了上述的观点和方法适用于目前各种工业机器人的离线编程。     

基于Matlab的六自由度工业机器人运动学逆解分析及仿真

在Matlab环境下对六自由度工业机器人进行运动学逆解研究,以ER7B-C10机器人为研究对象,使用D-H法进行各关节坐标系建立及参数设计,推导出正运动学方程。鉴于目前应用较为广泛的解析法求逆解仍然存在不足之处,运用几何法求解逆运动方程,在Matlab中利用Robotics Toolbox搭建仿真结构,直接调用Robotics Toolbox工具箱中ikine函数。由于迭代过程的收敛性导致验证过程中存在无解或少解的情况,因此对所求逆解的可靠性增加验证设计来证明几何法求逆解方法可行。对机器人模型在空间轨迹及各关节的位移、速度和加速度等内容进行了仿真分析,结果验证了ER7B-C10机器人运动的可行性,为后续分析机器人动力学、轨迹规划提供了运动学参考。     

三自由度柔性受限机器人的动力学建模

为了提高处于受限运动状态的柔性机器人的控制精度，研究了一类三自由度柔性受限机制人的动力学建模问题，将其抽象为一平面三连杆受限机器人系统，利用D^,Alembert-Lagrange原理得到了一组由机器人各关节转角和柔性连杆的振动方程表示的该机器人的动力学模型。该模型在形式上与传统的无约束刚性机器人的动力学模型非常相似，具有模型精确的特点，从而为有效地控制此类机器人系统的运动和位姿提供了理论依据。基于此动力学模型，采用MATLAB对该机器人系统进行计算机编程仿真计算。仿真计算结果表明，该机器人系统的模型是可行且有效的。     

七自由度相贯焊缝检测机器人运动学逆解

针对采用D—H法求解机械手臂逆运动学存在的不足，提出几何法解决七自由度插接管焊缝检测机器人关节变量的逆解问题．该方法与矩阵变换法相比能很大程度上减少运动方程逆解的计算量，对于提高关节的控制速度极为有利．结合实际扫查的空间相贯曲线，对各关节的运动位移进行了计算仿真．结果表明，各关节的运动学逆解唯一，计算简单，运算量小，特别是对于具有多冗余度的机器人，此法能够避免奇异解的讨论，提高计算效率．     

往复泵十字头轴承疲劳寿命计算

十字头轴承是往复泵中重要的传动零件,轴承寿命影响着往复泵的整体性能。为了计算出轴承的有效寿命,通过建立十字头的平面运动微分方程,求解出轴承载荷计算公式,确定最大载荷的大小及曲柄转角,最后计算出轴承的平均当量动载荷及疲劳寿命。     

雅可比矩阵在机器人运动中的应用

利用雅可比矩阵的性质研究机器人的逆运动问题,特别地讨论了带冗余度和矩阵奇异的情形.首先给出逆运动的求解方法,然后给出它的应用,用梯度下降法给出关节角的迭代公式,最后给出模拟仿真结果.仿真结果表明该方法准确高效,为机器人的运动规划和控制的实现奠定基础.      

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.     

一类新型三平移并联机器人机构的位置分析

分析了一类新型三平移并联机器人机构,求得真正逆运动位置的解析解,较之已有的三平移并联机构,此类机构不仅位置分析解数低,求解容易,而且正解还具有一定解耦性,机构运动的解耦性与机构的拓扑结构、尺度型、主动副的选择等多种因素有关,本文研究的新机构采用特殊的几何配置极好地敢并联机构多支路对称布置时不利于解耦、易多出非独立输出运动项的弊端,同时,发现C,P副的采用可降低运动求解特征数（方次）,而将C副中的线性移动作为主动输入其解耦程度优于将旋转运动作为主动输入,机构运动的解耦性为并联机器人的实时控制与规划提供了有利基础。     

自由漂浮双臂空间机器人关节空间轨迹跟踪的变结构滑模控制

利用多刚体系统动力学的方法对载体位置、姿态均不受控制的浮动基双臂空间机器人系统的运动学、动力学作了分析,并结合系统的动量守恒及动量矩守恒关系建立了系统的动力学方程.以此为基础,对双臂空间机器人关节追踪关节空间期望轨迹的控制问题作了研究.考虑到双臂空间机器人系统的结构复杂性及某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构滑模控制理论,设计了轨迹跟踪控制的变结构滑模控制方案.此控制方案的优点在于:在操作过程中不需要对双臂空间机器人载体的位置、姿态进行主动控制,因此将大大减少位置、姿态控制装置的燃料消耗.通过对该机器人系统的仿真计算,证实了文中提出的变结构滑模控制方案的有效性.     

双自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

分析了自由飞行空间机器人(FFSR)的速度和加速度的关系,推导出两个自由飞行空间机器人(FFSR)协调操作的动力学方程以及各机械臂的关节驱动力矩的计算方法。提出了基于机器人广义雅可比矩阵(GJM)实现对机械臂关节驱动力矩的控制方法。最后,用计算机仿真验证文中提出方案的可行性。     

跳跃机器人各关节的动力学仿真分析

基于跳跃机器人在越障方面优于轮动或爬行机器人的特点,设计了一个三关节跳跃机器人,并建立了简化的机构模型.从分析力学的角度对机器人进行运动分析,采用拉格朗日法建立了站立相和腾空相的动力学方程,并用Matlab对动力学方程进行了数值仿真.仿真结果表明各关节在电机驱动下有小幅度振动.这一结果说明在研究跳跃机器人的稳定性时,要解决各关节小幅度振动问题.     

柔性变截面滑移式机械手的控制

研究了柔性变截面滑移式机械手臂的控制。首先，基于有限元法导出系统的动力学方程，然后分别建立了两种控制方式的状态方程：１）以加速度和角加速度作为控制变量：２）以力和力矩作为控制变量。控制过程分为“粗控”和“精控”两步进行。“精控”过程采用线性二次型高斯控制。最后给出了数值模拟的结果。     

Reference Trajectory Generation for 3-Dimensional Walking of a Humanoid Robot

Humanoid walking planning is a complicated task because of the high number of degrees of freedom (DOFs) and the variable mechanical structure during walking. In this paper, a planning method for 3-dimensional (3-D) walking movements was developed based on a model of a typical humanoid robot with 12 DOFs on the lower body. The planning process includes trajectory generation for the hip, ankle, and knee joints in the Cartesian space. The balance of the robot was ensured by adjusting the hip motion. The angles for each DOF were obtained from 3-D kinematics calculation. The calculation gave reference trajectories of all the DOFs on the humanoid robot which were used to control the real robot. The simulation results show that the method is effective.     

采用Matlab的六自由度机器人三维运动学仿真

对SA1400型六自由度工业机器人进行三维的运动学建模与仿真,建立机器人的正逆运动学方程,并得到正逆解.为验证方程及所求解的正确性,首先,使用Solidworks建立机器人各个部件三维模型;然后,用Matlab将所求得的正逆解编写为程序,导入机器人各部件,利用Matlab的三维绘图功能,以显示机器人的三维模型,并对机器人按轨迹运动的过程进行动态仿真,记录运动过程中机器人各关节角度值的变化,提示求解得到的不合理角度值和奇异点.结果表明:仿真过程较真实地模拟了实际机器人的运动情况,仿真结果达到预期目标,证明根     

UR5机器人运动学及奇异性分析

为了解决UR5机器人用户建立的机器人坐标系与厂家建立的机器人坐标系不一致,机器人内部有关力、角速度、角加速度等数据信息难以被直接使用的问题,在分析UR5机器人结构特点的基础上,建立与厂家数据匹配的坐标系。采用D-H参数法建立UR5机器人的运动学方程,描述机器人各杆件的相对位姿关系,依据UR5机器人满足Pieper准则的结构特性,采用分离变量法求取UR5机器人的运动学反解,并利用微分变换法完成UR5机器人奇异位形分析,奇异性分析与仿真结果表明了UR5机器人位置奇异时各关节变量之间的关系。使用MATLAB软件编写运动学程序,并利用机器人系统对程序进行实验室测试与工程实践验证,MATLAB运动学程序实验结果与UR5系统内部数据一致,验证了运动学分析的正确性。研究结果对进一步开展UR5机器人连续轨迹规划研究具有参考价值。     

多关节凿岩机械手快速定位方法

凿岩机器人在工作时,完成的任务是随机的,它每1只机械手具有6个转动关节和3个移动关节.在定位时,其运动学逆运算过程相当复杂,为满足实时控制的需要,必须实现快速逆运算.作者在分析凿岩机器人钻臂结构的基础上,利用钻臂的双三角支架的空间平移性能,根据各关节变化所引起的钻臂端部位姿的变化,综合机器人学中运动学知识,建立一个专家系统,采用拟人化的方案--"先定点,再定位姿",解决凿岩臂的快速定位问题,以实现描述各关节位置的变量的快速逆运算.根据实际工作情况,首先使钻臂的端点与目标定位点重合,求解出相应的关节运动变量的值,然后把凿岩机械手看作闭链机构,再选择相应的运动关节确定钻臂的空间位置,从而简化了计算的难度,可快速、精确地求解机械手的各关节变量值.     

并联机器人轨迹跟踪积分变结构控制的研究

根据并联机器人控制的特点，将积分变结构控制理论应用于半联机器人的轨迹跟踪，同时引入了趋近律。给出了积分变结构控制规律。仿真表明，该方法对并联机器人轨迹跟踪具有很好的控制效果。     

笛卡儿空间机器人轨迹规划方法

提出了笛卡儿空间机器人连续路径(CP)轨迹规划方法,移动轨迹在笛卡儿坐标系中由1组参数方程说明.时间间隔[0,T]分为m段,在每个时间段,多项式的系数可以用递归的形式求出.