机器人操作臂逆运动学分析

在很多机器人应用问题中,人们感兴趣的是操作臂末端执行器相对于基础坐标系的空间描述。文章结合实验平台——5DOF操作型机器人,主要用D-H表示法研究了关节变量空间和末端执行器位置和姿态之间的关系,即运动学逆问题。     

工程机构封闭矢量约束方程分析

介绍了分析复杂工程机构的封闭矢量约束方程的建立及求解此方程的“复权矢”法。掌握此法对利用计算机程序解决实际问题大为简便。     

UR机器人运动学与奇异摄动算法研究

首先分析了UR机器人的机械结构;其次通过数值迭代法对UR机器人的逆运动学进行了求解,严格控制了算法的精度和速度,验证了算法的正确性和快速性;再次提出了一种基于奇异摄动的控制方法,通过振动抑制方法将系统分为快慢两个子系统,实现降阶作用;最后绘制了正、逆运动算法的机械臂轨迹曲线,同时针对降阶后的系统设计控制器进行系统分析.实验结果验证了算法的有效性和精确性.     

基于D-H法的多连杆正铲挖掘机运动学分析与包络图绘制

提出并研究了一种3自由度的多连杆正铲挖掘机机构,并运用D-H法对该挖掘机构进行运动学数学建模,得到铲斗位姿的正反解,模拟动臂提升和水平推压工况,分别得到提升状态下铲斗姿态角变化情况和水平推压过程中3组液压缸长度的关系。最后基于运动学正解和奇异判断条件在MATLAB平台上实现该多连杆正铲挖掘机构包络图的自动绘制,结果显示其挖掘范围满足工作要求。本研究为该机构的优化设计、动力学分析和控制系统的设计提供了基础。     

微小型救援机械手的正、逆运动学仿真分析

应用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了微小型救援机械手的D-H坐标系,应用Matlab/Robotics建立其三维仿真模型进行正运动学和逆运动学仿真。结果表明,运动过程中,微小型救援机械手的速度和加速度没有突变,能够准确、平稳地完成指定任务。     

基于D-H坐标变换的复合轮式海底行走机构的运动学

为使海底行走机构具有良好的自主导航能力,完成深海复杂地形路径规划需建立一个合理的、基于多传感器实时监测信息的运动学模型。以复合轮式海底行走机构为研究对象,基于D-H坐标建模方法和深海复杂地形环境特征,推导出海底行走机构的运动学方程,得到车体的位姿信息,并利用MATLAB工具获得车体的运动学参数理论计算曲线。在运动学分析的基础上,利用ADAMS软件建立该行走机构的运动学仿真模型,得到车体的运动学参数仿真曲线。通过理论计算和仿真试验对比,验证了所建立运动学模型的正确性,并为该行走机构路径规划和运动控制奠定了基础。     

基于D-H位移矩阵法的溢油回收系统扫油臂运动学建模

为实现溢油回收系统扫油臂机构的精准运动控制,运用D-H位移矩阵法建立了扫油臂机构运动学模型。根据变量的性质,将扫油臂机构分为驱动空间、关节空间、位姿空间;从运动学问题求解出发,利用机构的几何特征,分别推导出各工作空间之间的映射关系。在建立运动学模型基础上,进行了Matlab仿真,验证了所建数学模型的正确性和精确性,为扫油臂机构合理设计和运动点轨迹规划提供了一种高效便捷的方法。     

关节角参数化结合接近矢量可行方向的五自由度机械臂逆运动学求解

五自由度的机械臂无法达到任意位姿,采用传统的位姿描述方式进行逆运动学求解时,极易产生无解的情况。文中以一种适用于清洁、喷涂、焊接等作业的、由4个旋转关节和1个移动关节构成的五自由度机械臂为例,建立运动学模型并进行逆运动学分析,在此基础上,提出一种关节角参数化结合接近矢量可行方向的逆运动学求解方法。该方法基于自由度约束的末端位姿描述,先通过关节角参数化将末端执行器的运动空间由三维降为二维,再采用几何法分析末端执行器在不同目标位置（远端、中间端、近端）时的接近矢量的可行方向,从而避免参数盲目取值,确保运动学逆解的存在,然后根据运动连续性和各关节的运动范围从中筛选出最优解。路径规划仿真结果表明,实际路径与规划路径非常吻合,关节运动平稳,证明了所提方法的可行性和准确性。文中研究的五自由度机械臂具有一定的代表性,逆运动学求解方法计算复杂度低,求解过程较为简便,求解思路可为欠自由度机械臂的逆运动学求解提供借鉴。     

机器人运动学逆的并行算法

对普通的运动学求逆方法进行了改进,使求逆运动学不必调用正弦和余弦超越函数;提出了一种查表法代替反正切运算,从而使求每个关节角的时间减少 895 μs,因而使整个求逆过程减少运算时间 5.37 ms。为了进一步减少运算时间,本文采用 4 CPU分二级并行求逆运算,并采用任务分配式方法,最后将求 CinCinnati 机器人运动学逆时间由普通方法的 20.272 ms 降至 4.907 ms。4CPU 二级并行运算还能使求机器人关节角速度和角加速度的运算时间降至单 CPU的 1/3。     

四足变结构机器人的运动学分析

对一种新型的四足变结构机器人进行了运动学分析.首先建模分析了单条腿的运动速度;然后综合考虑机器人车身本体的运动和变形以及四条腿的运动状态,对机器人整体进行了运动学分析,提出并建立了机器人的全局速度方程;最后将全局速度方程应用到机器人的速度分解控制中,使该控制方法的应用领域从串联机器人扩展到多足移动(串并混联)机器人,并以变结构四足机器人的车身原地收缩运动为例,验证了这种方法的可行性.     

具有冗余自由度的混联自动钻铆机运动学分析

为了提高飞机壁板装配自动钻铆的质量和效率,研究了一种含有冗余自由度和 串并混联结构形式的自动钻铆机统一运动学模型及其正反解问题． 通过坐标定义的等效 变换法,将自动钻铆机并联部分的动静平台等效倒置,基于虚设支链法和 D-H 方法建立 了自动钻铆机串并形式的闭链运动学模型,在此基础上获得运动学位置正解的解析解;针 对自动钻铆机具有冗余自由度和混联结构形式的特点,提出运动学逆解分步求解的解耦 策略． 实例计算表明,自动钻铆机实际位姿与给定目标位姿之间的位置平均误差和法向平 均误差分别为0． 13191mm 和0． 16842°,说明文中方法是正确的和有效的．     

平面机构自由度判断的一种新方法及其应用

在传统计算公式的基础上，利用递推原理推导出一种新型的较为容易判别平面机构自由度的方法——断杆法，并用实例证明了该计算方法的正确性和实用性．“断杆法”克服了传统公式对运动副的依赖，并且通过将机构分组，实现了对机构复合铰链、虚约束以及局部自由度的新的处理方法；尤其是对高副的处理，简化了机构自由度的分析与计算．     

空问机构自由度计算

从四杆机构具有灵活性和平面机构任意封闭图形具有3个约束的理论出发,对机构学的自由度公式进行了研究。研究结果表明：只要对平面、球面机构自由度的计算公式稍加变化,推导出空间机构求自由度的新公式。利用这个新公式,既可以求空间机构的自由度,又可以求平面、多环、空间开式链、混合链等机构的自由度。它比传统公式使用简便,在形式和内容上都有实际意义,从而为空间机构自由度的计算提供了可靠的理论计算式。     

平面机构自由度公式的变化及其约束分析

机构自由度计算中经常出现易混淆概念、难点问题,结合实例分析研究了平面机构自由度计算中的常见公式变化、可变自由度机构的设计原理及工作特点。针对自由度计算难点、各种约束施加及其形成的变化作一些探讨,对正确理解、计算自由度做出帮助,为创新优异新型的机构、避免误算提供了一条有效的途径。     

多自由度强非线性振动的渐近解

将解强非线性单自由度振动的改进的Ｌ－Ｐ方法推广到多自由度系统,提出了一个摄动展开式,求出了多自由度强非线性系统的渐近解。该方法有较广泛的适用性。     

基于约束的参数化设计

提出了一种基于结构点的约束求解模型 ,此模型把几何元素映射成结构点 ,把约束分解为距离约束和方向约束 .此模型利用几何约束图表示几何约束系统 ,通过对几何约束图的方向化确定出结构点的求解次序 ,并针对不同的结构点分别采取代数求解方法和数值求解方法 .     

参数化设计的研究与应用

参数化设计是目前CAD发展的主流方向,本文通过对各种参数设计方法分析的基础上,提出一个基于几何约束图的参数化设计模型,并给出参数化模型的数据结构和约束求解算法,此算法可以有效地检查系统的过约束和欠约束情况。     

单自由度微位移机构柔性铰链的研究

采用正交试验法安排单自由度微位移机构柔性铰链的结构设计参数,运用有限元分析方法,建立该微位移机构的三维实体模型进行仿真计算,取得单自由度微位移机构对应于载荷的位移和应力数据,通过逐步回归分析法建立该微位移机构的位移和应力的数学模型,从而定量地分析柔性铰链结构参数对该微位移机构性能参数的影响．同时,由样机实测得到测量数据,验证了最优回归方程(数学模型)的计算结果．     

梁-多自由度耦合系统的振动响应分析

采用递归方程方法,对梁-多自由度耦合系统的振动响应进行了分析,得到了该耦合系统在简谐激励作用下振动响应的解析表达式,在此基础上,仍应用递归方程方法对该耦合结构的固有特性进行分析,给出了固有频率及模态振型的公式．根据所推导出的解析表达式,对无阻尼耦合系统给出了相应的数值算例,并同采用分段求解方法得到的数值结果进行了比较,二者之间良好的一致性验证了所提出方法的正确性,而且对其他类似的耦合结构也可以采用该方法进行分析．     

模态分析中输电铁塔模型的进一步简化

以缩减输电铁塔模型动力自由度为目的,基于静力凝聚技术,在已有研究的基础上,考虑将现有模型的主要动力自由度中的竖向分量凝聚掉,使动力自由度再减缩1/3.将凝聚掉竖向动力自由度的有限元模型称为简化模型,利用MATLAB语言编程,对简化前后输电铁塔结构模型分别进行了模态分析.研究结果表明:简化前后输电铁塔结构模型的整体模态具有良好的一致性,凝聚掉主要动力自由度中的竖向分量,对整体模态分析结果的影响很小.今后在对输电铁塔模型进行模态分析时,可以忽略竖向动力自由度的影响.