上海Ⅱ号机器人动力学建模及关节力矩特性仿真

本文用Lagrange—Euler方法建立了上海Ⅱ号工业机器人动力学模型,对机器人在关节坐标空间内轨迹规划运动时的各关节力矩特性进行了仿真,绘制出了各关节力矩变化曲线,为机器人的动态特性分析和机器人控制提供了可靠的依据。本文的动力学计算和数字仿真均在APOLLO CAD工作站上用C语言实现。     

基于MATLAB与V-REP的机器人加工轨迹生成与运动仿真

提出了联合MATLAB和V-REP进行机器人加工轨迹生成和运动仿真的方法.该方法首先在MATLAB中,计算机器人操作空间中刀具的轨迹,并通过逆运动学计算获得刀具轨迹对应的关节参数.然后在V-REP中,采用基于关节和连杆统一坐标系的建模方法,建立与刀轨文件一致的机器人及其加工环境的三维模型.最后通过MATLAB中的外部控制程序和V-REP中的控制脚本、MATLAB和V-REP之间的通信接口,使V-REP中的机器人模型响应外部控制程序进行运动仿真和碰撞检测.采用所提出的方法对密胺脂餐具盘的机器人铣边过程进行了仿真,仿真结果表明该方法能够生成无干涉加工轨迹和正确的机器人关节运动参数.     

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。     

基于误差分布特性的机器人闭链协调轨迹规划

针对机器人关节柔性误差提出利用误差分布空间描述操作精度的方法,耦合各关节的操作误差得到真实操作点在空间中可能存在的区域,进而得到机器人沿各个方向上的操作精度.给出了误差分布空间的计算方法,通过对低维误差空间的分段升维,解决了计算难度随维数指数倍增长的问题.研究了闭链协调操作过程中的误差分布特性,并基于误差分布空间分析了冗余度机器人关节自运动特性对闭链协调操作精度的影响.研究结果表明:同一操作精度对应的关节构型不唯一,且操作空间中误差最小值对应的关节角度并不连续.为此提出了一种基于最小二乘的误差极小化机器人轨迹规划方法,并通过仿真验证了该方法的有效性.     

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。     

姿态受控漂浮基空间机器人系统协调运动的反演滑模控制

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的反演滑模控制问题.结合系统动量守恒关系及拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学方程.以此为基础,基于反演设计方法,设计出空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动的滑模控制方案.数值仿真结果验证了该控制方案的有效性.     

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.     

伤员运载机器人楼梯环境运动稳定性

针对伤员运载机器人在楼梯环境的运动稳定性问题，分析机器人各关节运动对机器人运动稳定性的影响，建立机器人运动学模型。结合稳定锥方法与伤员运载机器人实际结构，通过MATLAB软件计算分析重心调整机构对机器人稳定性的影响，验证机器人通过重心调整后上楼梯运动的稳定性。仿真和实验表明，伤员运载机器人的重心调整机构能够有效的调整机器人的重心，调整后的机器人能够稳定的在楼梯环境中将伤员运出。     

面向模型未知的冗余机器人运动规划方案

为解决模型未知的冗余机器人运动规划问题,提出一种基于梯度下降的学习方案,使用数据驱动技术将冗余机器人的末端执行器速度及关节角速度作为系统输入量,将冗余机器人各关节控制信息作为系统输出量,使用梯度信息最小化估计误差以得到雅克比矩阵的估计值.基于该方案设计了一种加速度层的冗余机器人运动规划方案.理论分析和数值仿真结果均证明该方案能有效控制模型未知冗余机器人完成运动规划任务.     

机器人实体图形仿真系统研制

本文在APOLLO CAD工作站研上制了一套机器人实体图形仿真系统。用实体模型(Solid Model)时机器人进行了几何造型,在关节坐标空间和直角坐标空间对机器人进行了轨迹规划和实体图形仿真,能逼真地再现机器人运动的全过程和其运动特性,能判断机器人在运动过程中是否和周围的障碍物发生碰撞和干涉。这套实体图形仿真系统对设计、研制新的机器人和机器人性能研究是一个有力的工具。     

多机器人装配生产线的构建与仿真

以多机器人装配生产线为研究对象,构建由3台ABB工业机器人与传送带组成的虚拟装配生产线。依据工件的装配工序,通过导入内置工业机器人模型以及（离线）编程,创建多机器人系统仿真I/O信号和动态组件,实现生产线系统的离线编程与仿真模拟。通过虚拟系统的仿真,调试并优化装配过程中机器人的部分作业轨迹和运行姿态。研究表明,所构建的多机器人装配生产线满足实际工作需求,能够在虚拟环境下对生产线的运行轨迹进行预规划;该虚拟仿真系统可以为多机器人生产线的设计与制造提供技术参考与可行性依据。     

基于ROS的工业机器人运动规划仿真及试验

针对工业机器人模型构建复杂、轨迹规划算法实现困难、功能单一等问题,采用开源机器人操作系统搭建机器人控制系统,并对机器人的运动规划进行仿真和试验验证.首先利用SolidWorks软件创建机器人的统一机器人描述格式模型,并对其进行Moveit!功能包的配置;然后进行机器人空间直线和空间圆弧的轨迹规划,依据ROS的开放式运动...     

基于绳牵引并联机构的上肢康复机器人设计

人类的上肢为生活提供了诸多便利,健康的上肢是高质量生活的保证。上肢如果出现运动功能障碍就需要接受康复治疗。为了减轻康复师的工作强度,同时增强治疗效果,需要利用康复机器人代替康复师来进行康复训练。通过分析肘、肩关节的运动特性和规律,基于三自由度的冗余绳牵引并联机构设计了一款面向上肢康复的机器人。该机器人由定位模块和连接模块组成,可对不同尺寸的上肢进行主动和被动康复训练。由于机器人结构简单、易于装配、制造成本低,更容易被用户所接受。在结构设计完成后对该上肢康复机器人进行了运动学建模,同时进行了机器人奇异性的分析,为后续运动控制的研究做准备。最后,考虑到机器人的力传递性能和体积大小,采用多目标优化的方式对机器人进行了优化设计。仿真结果表明：优化设计有效地提升了机器人的相关性能。研究结果可为绳牵引并联机构在上肢康复机器人设计中的应用提供理论参考。     

基于刚柔混合建模的移动焊接机器人系统仿真

以某移动焊接机器人为例,在刚柔混合建模理论与方法的基础上,利用Pro/E对移动焊接机器人进行整体造型;不仅将模型导入到仿真软件ADAMS环境,而且利用ADAMS/AutoFlex模块对机器人部分构件建立柔性体,同时通过ADAMS/View构建了机器人的刚柔多体动态仿真模型。仿真分析说明：该模型能够准确的反映焊接机器人的...     

大时延环境下的分布式遥操作系统

遥操作仿真系统主要用于解决航天机器人遥操作过程中所遇到的大时延问题。本系统由三维实时仿真系统以及实际机器人实验系统两部分组成。操作人员输入的各个控制指令都会立即被三维实时仿真系统中的仿真机器人所响应 ,这些控制指令经过一定的时延以后传入实际机器人实验系统。同时遥操作系统可以通过比较传回的实际机器人状态和仿真机器人的状态来验证操作效果。因此本系统较好地解决了大时延下的遥操作问题     

机电一体化机器人关节及其驱控系统硬件设计

机器人关节模组是机器人的关键部件,目前传统机器人关节模组具有关节构型固定,功能单一,不开源开发接口,智能化程度低,无法快速重部署等一系列问题.针对以上问题,设计出一种高度集成的机电一体化机器人关节模组,将机械结构、控制、驱动、通讯等功能集于一体.该关节模组可以在完成机械连接的同时完成电气连接,组装后可方便启动关节并配置...     

基于竞标机制的多移动机器人实时编队控制

研究了整体时间最优的多移动机器人实时编队控制问题。由于在多机器人编队围捕等一些任务中,存在任务时间或通信范围有限等约束,提出了基于竞标机制的时间最优控制策略。针对编队过程中机器人可能发生故障等问题,在实时编队控制策略中设置了监督机制,以保证任意时刻编队队形的完整。设计了与竞标和监督机制相适应的机器人编队及运动行为,使得移动机器人的运动时间最少。通过编队形成及编队改变等一系列实时编队仿真实验,结果表明:本文提出的编队控制策略灵活可行,且能满足编队控制中实时性的要求。     

管内检测机器人在水平直管内运动的数值研究

采用计算流体力学和动网格技术，数值模拟了单节管内检测机器人在水平直管内从静止到匀速运动这一过程，得到了这一运动过程中机器人的运动规律。计算中将机器人作为运动边界，其受力由当前流场信息来获得，再根据受力来计算机器人的运动速度和前进距离，因边界运动而变化的计算区域根据新的边界条件用弹性变形和网格局部重构技术来更新。不同质量机器人在不同摩擦力下运动规律的计算结果表明，质量只影响机器人达到稳定运动的时间，而摩擦力会影响机器人的稳定运动速度和达到稳定运动的时间。计算结果与实验结果比较吻合，说明动网格技术模拟机器人的运动过程可以为机器人的外形设计、速度控制研究以及操作运行提供参考。     

考虑能效的多机器人协同装配线平衡方法

为解决工位内多机器人的协同装配问题,以装配线的节拍、能源的总消耗以及机器人的总投入成本最小为优化目标,建立了工位内多机器人协同作业的装配线平衡问题的数学模型.在此基础上,提出了一种基于工位码、任务码、机器人码三层编码的多目标混合帝国竞争算法,该算法融合了非支配排序遗传算法的排序规则,并引入了延迟爬山算法,以提高算法的搜索性能.最后,对算法进行仿真实验,结果表明该算法是有效、可行的.