折叠双臂式机器人的运动学与工作空间分析

针对薄煤层勘探与灾后搜救机器人的需求,结合其特殊的工作环境,提出一种新型井下移动机器人;该机器人两侧装载了七自由度冗余机械臂,兼具狭小空间通过能力强与工作范围大两个特点。使用SOLIDWORKS软件建立了机器人的整体三维模型;通过D-H(Denavit-Hartenberg)法,建立了机械臂的运动学模型;并求出了其运动学正解。采用二次计算法,求出了机械臂的运动学逆解;使用基于蒙特卡洛法的仿真方法,进行了机器人的工作空间分析,仿真结果表明,该折叠双臂式井下勘探搜救机器人在双臂折叠状态下体积较小,狭小空间通过能力强;在双臂伸展状态下具有相当大的整体工作范围与协调工作空间,拥有较强的大范围灵活操作的能力,可满足较为复杂的任务需求。     

4自由度上肢康复外骨骼机器人设计与分析

针对现如今上肢康复外骨骼机器人外部结构以及运动问题，利用Solidworks设计出一种4自由度可穿戴上肢康复机器人，基于人体上肢生物力学结构，使其关节和链接与人体的关节和链接相互对应，根据此基础设计出人体上肢运动学模型，使用D-H法分析了外骨骼机构的运动学关系，得到坐标转换矩阵，通过Matlab机器人工具箱进行运动学分析以及工作空间仿真模拟，进一步验证了运动学分析的可性。     

人机末端交互运动中轨迹跟随控制算法

为了解决上肢康复机器人的灵活性低、体积笨重和康复效果差等问题，提出了使用协作机器人UR10作为一种新的康复辅助工具的控制算法。通过建立UR10的运动学模型和患者手臂运动学模型，确定患者手臂与UR10协作机器人末端交互运动的灵巧空间，获得机器人与患者合理的相对安放位置。在患者上肢手掌心能够到达的运动空间中，选定两条距离长度最远的空间轨迹，利用Robotics Toolbox对机器人末端沿代表性轨迹进行仿真，验证轨迹跟随控制的准确性。现场测试也验证了轨迹跟随和灵巧空间的有效性。     

上肢康复机器人机构设计与分析

针对上肢功能障碍患者的自主康复训练问题,在对现有康复机器人研究方案的深度剖析的基础上,为简化机构降低成本,提出了一种基于气缸驱动的2自由度上肢康复机器人.首先在SolidWorks建立上肢康复机器人的整体模型,通过D-H分析法建立坐标系,求得系统正运动的参数方程,利用Matlab对该机器人末端机构的位置进行分析,其次运用雅克比矩阵求解末端执行器的速度,结合ADAMS对建立的上肢康复机器人模型进行运动学仿真分析,最后在ANAYS中对大臂支撑件和小臂支撑件进行静力学分析.研究结果表明,该上肢康复机器人机构在简化结构后,仍然能保证康复训练的可行性,为上肢机器人的推广使用提供了理论参考.     

基于ADAMS的双臂作业机器人的运动学分析及仿真

对双臂作业机器人的协调控制问题进行分析,采用D-H法在直角坐标系下建立了机器人双臂联合运动学模型。通过在机械臂的每个连杆机构上建立坐标系,得到主机械臂的D-H参数,解出主机械臂运动学正解。在已知约束条件下,通过在末端执行器上添加点驱动,规划单臂运动路径。借助ADAMS软件运动仿真,在后处理模块中得到主机械臂各个关节角度随时间变化的曲线图,曲线过渡平滑,角度变化在预先设定的转角范围内,满足操作任务要求。     

多臂机器人系统的运动学分析

低序体阵列采用“阵列”而非“矩阵”的形式描述多臂机器人系统的拓扑结构。基于低序体阵列，运用偏（角）速度、广义速率等概念，形成多臂机器人系统的运动学模型。该模型以偏（角）速度为方程系数的基本组合模块，具有形式简洁且易于化的特点。以双臂机器人刚性夹持物体为例，讨论了该算例的运动学特性，并给出了相应的数字仿真结果。     

一种新型电力光缆剪枝机器人的运动学联合仿真研究

针对架空电力光缆线路巡检维护中的树枝修剪问题,设计了一种新型五自由度串联剪枝机器人。首先,通过D-H(denavit-hartenbreg)参数法,建立了该剪枝机器人机械臂的运动学模型,得到运动学正逆解;然后在V-REP和MATLAB中进行联合运动仿真,并利用蒙特卡洛法分析剪枝机器人工作空间,得到机械臂工作空间的云图;为保证剪枝过程的运行平稳,在工作空间内进行轨迹规划并仿真;最后,联合仿真结果表明该剪枝机器人运动学模型有效,各关节及末端轨迹规划控制效果良好,可以实现1~1.5 m范围内灵活修剪树枝等障碍物的要求,为剪枝机器人后续控制问题研究提供了理论依据和实验基础。     

多臂自由飞行空间机器人运动学特性研究

研究了在空间微重力环境下多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性 ,建立了多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学模型 ,在推导运动方程的基础上对多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性进行了分析 ,给出了计算机仿真实验结果 .     

一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人设计

针对现有上肢康复外骨骼机器人的驱动问题,设计一种混合驱动的上肢康复外骨骼机器人,肩关节由电机直接与关节相连驱动,肘关节与腕关节由电机与绳索配合驱动。按照人体上肢解剖学结构设计出外骨骼机器人的本体结构和基本属性,分析肘关节运动原理,进行绳驱动关节张力分析,运用D-H法建立机器人的运动学模型,分析正运动学,通过ADAMS软件对机器人进行动力学仿真,运用CUBSPL函数作为驱动得出各关节的力矩变化,为后面各个关节电机的选型提供依据。     

外骨骼式上肢康复机器人的轨迹规划及仿真

针对四自由度外骨骼式上肢康复机器人的运动需求,基于D-H参数法对其进行正/逆向运动学求解,并根据机器人微分运动学,建立表达关节空间的角速度与末端手在笛卡尔空间的线速度之间速度关系对应的雅可比矩阵,实现了末端手在笛卡尔空间的轨迹规划与运动描述,并通过MATLAB仿真验证了该机械臂运动关系的正确性。     

基于C空间的双臂机器人无碰撞运动规划

研究了双臂机器人无碰撞运动规划问题,将C空间法成功地应用于双臂机器人的无碰撞运动规划,并提出了从臂从碰撞状态数据库（CSDB）概念,在本算法中,双臂机器人无碰撞运动规划问题被归结为对从臂无碰撞状态数据库的搜索,运用该算法可以找到一条最优的无碰撞运动轨迹,并已在双臂CARATES型机器人上通过试验论证。结果表明,该算法可行且效率较高。     

多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

基于虚拟夹具的微创外科手术机器人运动约束研究

机器人辅助微创外科手术(RMIS)技术能够显著提高外科医生对手术的执行能力.然而,现有的机器人主从遥操作模式下所存在的不足之处(如手眼协调性差、可视空间狭窄、力反馈信息的缺失等)容易导致医生产生过度操作而引起机器人执行机构的碰撞干涉(包括机械臂之间的碰撞干涉及内窥镜杆与手术器械杆的碰撞干涉)和手术器械末端脱离手术视野,由此带来的安全性问题不容忽视.本文提出了一种基于虚拟夹具的微创外科手术机器人空间运动约束方法,以"MicroHand S"机器人系统作为应用平台,在进行机械臂构型及运动学分析的基础上,针对上述问题展开研究,通过构建碰撞干涉检测模型实时监测机器人执行机构之间及机器人与环境物体之间的相对距离,并设置相应的安全预警区域,采用人工势场与虚拟代理点相结合的方式对机器人执行机构的运动空间加以限制,从而达到对医生的操作动作进行合理的引导与约束,提高手术效率与操作安全性的目的.该方法无需构建复杂的几何模型,虚拟夹具的定义方便快捷,对于其他主从操作模式下的微创外科手术机器人系统及类似的人机交互环境具有普适意义.最终的虚拟仿真实验结果表明,在有、无虚拟夹具两种操作环境下,实验参与人员的表现有着明显的差异,从而验证了所提出方法的有效性.     

气动肌肉驱动的上肢康复机器人动力学仿真

针对目前外骨骼机器人本体结构复杂,人机交互安全性不高的问题,结合驱动系统中气动人工肌肉的轻质、大驱动力、高柔顺性和接近人体肌肉的特性,提出一种基于气动肌肉的外骨骼上肢康复机器人。采用蒙特卡罗方法获得机器人的安全工作空间,并基于拉格朗日方程对外骨骼上肢康复机器人进行动力学建模,通过MATLAB软件对上肢康复机器人动力学特性仿真。     

基于MATLAB的五轴坡口切割机器人运动学分析与仿真

设计了一种新型的基于机器视觉的五轴坡口切割机器人,用于满足加工平面钢材的坡口切割作业.首先,建立了五轴坡口切割机器人的SOLIWWORKS模型,验证机器人机械本体的设计是否可以满足工作要求;其次,根据SOLIDWORKS模型建立机器人的DH参数表和DH坐标简图;然后,通过机器人的齐次变换对机器人进行正运动学和逆运动学分析,从数值角度对机器人的结构合理性进行分析;最后,利用MATLAB软件对机器人进行运动学建模与仿真.用MATLAB对机器人进行运动学仿真,主要分为对机器人进行静态模型仿真,机器人的末端操作器运动空间仿真和不同路径轨迹规划下的机器人末端操作器运动仿真.通过仿真模型证明了机器人机械结构设计的可行性,为机器人控制系统和控制算法的设计提供理论支持.     

双臂机器人机构运动学分析

本文在多体系统理论及单臂机器人机构运动学的基础上研究臂机器人机构主，从壁在存在相对运动条件下的协调运动过程中的运动学关系，并给出协调运动过程主、从臂应满足的位置和姿态约束方程。     

自由漂浮空间机器人动力学建模与仿真研究

空间机器人相比固定基座机器人,增加了6个自由度,且空间机器人的机械臂与基座之间存在动力学耦合问题。因此,其动力学建模较为复杂。针对自由漂浮空间机器人系统进行了运动学和动力学方程的推导,给出了动力学方程求解的详细算法,并采用Spacedyn工具箱对动力学模型进行了数值仿真。仿真结果表明建立的动力学模型可方便的进行自由漂浮空间机器人的运动分析。     

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法. 由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法. 针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数. 基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优. 实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.      

基于SimMechanics的三自由度上肢康复机器人关节力矩的仿真计算

针对三自由度上肢康复机器人功能康复的动力学问题,基于康复机器人的运动学模型,建立了三自由度康复机器人的仿真模型。根据所规划轨迹,利用SimMechanics仿真计算得到了机器人驱动力矩,验证了所规划康复轨迹的可用性。     

地震多功能辅助救援机器人运动学规划

基于D-H表示法的机器人双工作臂的运动学规划,建立了机械手臂运动能力与各影响因素关系的数学模型(即机器人机械手臂空间运动方程式),归纳出了机器人机械手臂空间运动与各影响因素关系的定量描述,提出了机器人机械手臂空间运动的设计理论和提高驱动能力的方法;建立了较完备的机器人行走机构和机械手臂运动系统的运动协调性和机器人自适应控制理论.通过运动学规划,使机器人能够更好地适用于各种地质条件、各种复杂的环境、各种需要高难度的工作强度,能够取得良好的使用效果.