穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解.采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据.     

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解。采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据。     

基于SLIP模型的液压驱动单腿机器人竖直跳跃控制

针对液压驱动足式机器人竖直跳跃控制,提出一种基于SLIP竖直跳跃动力学模型实现液压驱动机器人竖直跳跃的控制策略。分析SLIP竖直跳跃动力学模型并求解其动力学微分方程得到质心运动轨迹,将关节型单腿机器人竖直跳跃髋部的运动轨迹映射到SLIP模型质心的运动轨迹,通过机器人运动学逆解得到机器人关节运动轨迹,以此驱动关节运动;同时建立关节型单腿机器人竖直跳跃动力学方程和液压驱动执行器动力学方程,应用MATLAB/Simulink软件进行动态跳跃控制仿真并进行样机试验。研究结果表明:基于SLIP竖直跳跃动力学模型的控制策略可实现液压驱动单腿机器人持续稳定的竖直跳跃,为足式机器人动态步态行走控制研究提供参考。     

基于ADAMS与MATLAB的关节型机器人联合仿真研究

针对关节型机器人的动力学联合仿真问题,在ADAMS中建立机器人的三维模型,并进行运动学与动力学仿真。根据所得参数简化机器人模型,以2自由度机器人模型为依托,通过ADAMS/Control模块将机器人动力学模型与MATLAB/Simulink控制系统模型组合起来,建立联合仿真系统,实现机器人的位置控制。仿真结果表明,机器人模型具有较好的动态响应特性与轨迹跟踪能力。     

基于dSPACE的工业机器人运动控制系统仿真分析及实验

针对用ER20-1700机械臂实现运动控制,提出了一种有效的控制方法;首先对ER20-1700机器人的三维建模进行运动学分析建立DH参数表算出机器人的逆解,再把SolidWorks中的三维模型用插件导入Simulink中快速搭建机械控制模型,然后搭建并改良电机驱动物理模型,补全整个控制模型,实现机械臂Simscape正逆解仿真;把算好的逆解用编程的方式写入MATLAB中用robotics tool中进行仿真模拟,并将其与Simulink中的仿真结果进行对比;通过编写函数程序在MATLAB中实现机械臂走直线和画圆的轨迹规划;通过搭建实验平台,使用dSPACE作为控制器把之前的控制模型转化为代码导入其中以实现机械臂的快速控制,控制机器人做直线和画圆运动,记录轨迹规划和实际机械臂所走的数据导入MATLAB绘制成图;实验结果表明:走直线和走圆时,最大跟踪误差小于3 mm,控制方法可行有效。     

基于MATLAB/Simulink的二连杆机器人的PID控制与仿真

主要研究了一类二连杆机器人应用PID控制理论进行轨迹追踪的控制方法。该文首先给出二连杆机器人进行动力学模型,进而利用MATLAB/Simulink仿真环境,构造出PID控制模型框图,使用Interpreted MATLAB Function嵌入代码。通过改变PID参数进行仿真,该文分析了不同PID参数对二连杆机器人关节转角误差的影响,使机器人末端实际轨迹实现了很好的跟踪效果。     

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.     

基于动力学模型的工业机器人导纳控制研究

提出了一种基于动力学模型的导纳控制算法,用来实现机器人末端力和位置的柔顺控制,可以在速度模式下控制机器人运动,以保证无外力接触时的轨迹跟踪精度.首先,根据牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型;然后,通过粒子群算法辨识动力学模型参数,得到完整的动力学模型;在此基础上,计算机器人末端位置误差和外力,利用设计的导纳控制器实现机器人的柔顺控制,用Matlab的Simulink仿真模块验证了基于动力学模型导纳控制的有效性和可靠性.仿真结果表明:机器人末端没有与环境接触时,具有较高的跟踪精度;与环境接触时,机器人末端会产生位置误差和外力,从而实现机器人的柔顺控制.     

基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人

为了加速患有运动功能障碍的患者上肢伸展功能的康复,研制出基于模糊PI控制的穿戴式上肢康复机器人.该上肢机器人借助结合眼动跟踪仪的虚拟现实平台通过气动肌肉驱动实现上肢的康复训练,采用模糊PI控制器对机器人实施位置控制.实验通过受试者穿戴该上肢机器人完成各关节的轨迹跟踪来检测模糊PI控制的效果.实验结果证明:模糊PI控制响应速度较快,轨迹跟踪误差较小,实用性较好.     

架空输电线巡检机器人的跨障运动轨迹控制

针对高压输电线检修维护问题,自主研发了新型三臂式架空输电线巡检机器人,并提出跨障的识别方案和动作方案.简化了此巡检机器人的跨障运动过程,采用D-H(Danevit-Hartenberg)建模方法建立了机器人跨障过程的运动学模型.在此基础上,应用拉格朗日力学方法完成了动力学建模.针对跨障运动轨迹跟踪问题,将外界干扰、误差等不确定因素考虑进去,采用鲁棒自适应PD(proportional-derivative)控制方法进行控制.为了验证此方法,加入传统PD控制方法进行对比.以理想的运动轨迹为目标轨迹,通过Simulink分别仿真得到2种算法的跟踪轨迹,将搭载2种算法的巡检机器人先后放在实际线路上运行,通过多传感器采集得到运动轨迹.实验结果显示它们的控制轨迹都非常接近目标值.从跟踪轨迹上对比2种算法,证明了所采用方法的有效性、稳定性和优越性.     

下肢康复机器人按需辅助自适应控制方法

针对现有下肢康复机器人步态康复训练控制缺乏患者的主动参与、不能按患者的康复程度提供按需辅助的问题,提出了一种新的下肢康复机器人按需辅助自适应控制方法。该方法通过人机运动轨迹与理想康复目标轨迹的跟踪偏差实时学习受试者的康复程度,从而使康复机器人能根据受试者的康复程度,自适应地提供按需辅助。首先建立了下肢康复机器人的人机系统动力学模型,其次设计了按需辅助自适应控制器,最后进行了按需辅助控制仿真实验,并在单腿实物样机上对健康受试者进行了实验。结果表明:按需辅助自适应控制器在有遗忘因子项的情况下,能够根据轨迹跟踪偏差学习受试者的康复程度,自适应地衰减机器人对受试者的辅助力矩,满足按需辅助的目的。     

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.     

一种4自由度高速并联机械手动态特性分析

以一种可实现SCARA运动的4自由度高速并联机械手(Cross-Ⅳ机械手)为研究对象,将运动学理论和虚拟仿真相融合,研究一种分析高速/高加速运动机构轨迹误差的系统性策略和方法.以运动学逆解模型为基础,获得Cross-Ⅳ机械手在给定运动轨迹和运动规律时的驱动关节位置数据曲线.利用三维CAD模型,通过有限元软件ANSYS和机械动力学软件ADAMS联合建模,创建Cross-Ⅳ机械手的刚柔混合模型.将驱动关节位置数据代入刚柔混合模型,仿真得到系统重力和惯性力引起的构件弹性形变导致的末端轨迹误差,并分析各向轨迹误差和综合误差随负载、运动规律和工作平面不同的变化规律,为机械手轨迹规划、运动规律优选和误差控制提供理论支撑和分析方法.     

机器人的鲁棒轨迹跟踪控制系统

用拉格朗日运动学建立机器人的动态模型.采用鲁棒控制法对两关节机械手的轨迹跟踪进行控制,仿真实验结果证明,鲁棒控制法对模型不精确或外部干扰对机器人产生的影响有很好的抑制作用,对机器人轨迹跟踪控制是有效的.     

四自由度采摘灵巧臂的结构设计及运动学分析

根据四自由度机械手臂应用于蔬果采摘的要求,提出一种坐标系优化法。先列出基于此坐标系的四自由度机械手臂运动学方程,并求得其正、逆解,然后求得末端执行器的位置、方向角度与机械手臂主动关节的关系;再利用动力学仿真软件ADAMS/VIEW对机械手臂的虚拟样机进行建模;最后,将运动学分析结果导入在MATLAB/Simulink搭建好的机器人力控制系统模型,进行联合仿真,得出运动轨迹、各个方向转角误差等仿真曲线。通过仿真验证了理论推导的正确性和方案的可行性,进一步证明本方案具有很好的运动特性。     

机器人系统的一种轨迹跟踪控制方案

本文将逆系统和函数信号复现技术同自适应控制技术相结合,针对多关节型工业机器人系统,提出了一种新的自适应轨迹跟踪控制方案。仿真实验表明,在迪卡尔坐标空间(或关节坐标空间)中,机器人的终端执行器(或关节)能快速高情度跟踪所规划的运动轨迹,机器人结构参数和抓举负载的大范围变化对工作性能的影响很小,保证了整个系统的稳定性。     

基于神经动力学的机器人位置/力规划方案

针对机器人在实际生产中因与环境相接触而可能导致损坏的问题,从运动学角度提出一种通过刚性系数将机器人位置误差和接触力误差建模和解耦的位置/力规划方案．该方案从机器人逆运动学出发,将末端执行器的接触力与位置误差建模为关于机器人速度与位置间的关系式,并且引入一种神经动力学模型．使用伪逆法对所提方案进行求解,将所得的解作为控制信号驱动机器人完成任务．数值仿真与实验结果表明：所提方案能够有效控制机器人完成轨迹跟踪的任务,末端执行器的接触力能够收敛到期望的接触力．     

一种面向《工业机器人》课程的联合仿真平台开发

围绕《工业机器人》课程教学过程中存在的几个突出问题,研究开发了ADAMS/Simulink联合仿真平台。利用MATLAB/Simulink软件对机器人进行关节轨迹规划和虚拟样机的实时控制,利用ADAMS软件对所建立的机器人模型进行动力学分析,有效地将轨迹规划、动力学和机器人控制等基础知识进行了关联,充分调动学生的积极性和创新性。     

机器人无标定视觉伺服系统及离散仿真

为了研究机器人无标定视觉伺服离散仿真,本文在介绍了机器人无标定视觉伺服控制的基础上,基于Simulink软件,首次建立了一种具有图像雅可比矩阵伪逆在线估计的无标定视觉伺服系统离散仿真模型,并以此完成了二关节机器人、Puma560机器人无标定视觉伺服系统离散仿真模型的建立.文中对固定图像目标定位跟踪的仿真结果表明,提出的无标定视觉伺服系统Simulink离散仿真模型是正确的.这对无标定视觉伺服系统控制算法的研究具有积极意义.     

高速运动机器人动力学及控制策略研究

机器人高速运动时关节柔性会对关节轨迹造成较大影响,必须对其造成的振动加以研究和控制。文章通过简化机器人的柔性关节,从动力学角度对机器人高速工作过程进行仿真,分析关节柔性及其大小对关节轨迹的影响;采用奇异摄动复合控制策略,将高速机器人系统分为快、慢2个独立子系统,分别为其设计控制器,加和后作为整个系统的控制输入。控制系统仿真结果表明,该控制策略能够实现轨迹的精确跟踪和振动的有效抑制。