6自由度喷涂机器人的设计与仿真

根据动车车体腻子刮涂自动化的需求,研究设计了一种适用于喷涂大型工件的机器人,确定了机器人的6个自由度,绘制出机器人二维简图,推导出运动学正逆解,通过Matlab建立了机器人的三维模型,然后进行了轨迹的仿真,仿真结果表明,轨迹没有出现波动和奇异性,整体和各个关节的运动曲线也比较平稳、响应快速,能够达到工艺的要求;运用蒙特卡洛方法求解出机器人的工作空间,仿真结果的点云图验证了所设计的机器人工作空间能够涵盖整体的需要喷涂的工件.     

脊柱手术机器人的设计和仿真

根据手术的需要合理分配脊柱手术机器人的自由度,设计了一款七自由度的脊柱手术机器人,运用Creo设计软件建立了脊柱手术机器人的三维模型.利用MATLAB Robotics Tools建立机器人的三维运动学模型,对机器人进行运动学和轨迹仿真分析,得到脊柱手术机器人的末端位移曲线图和关节加速度曲线,并用蒙特卡洛法对脊柱手术机器人的工作空间进行仿真,仿真结果表明所设计的脊柱手术机器人运行平稳,安全可靠,可以达到脊柱手术所需要的工作空间.     

脊柱手术机器人的设计和仿真

根据手术的需要合理分配脊柱手术机器人的自由度,设计了一款七自由度的脊柱手术机器人,运用Creo设计软件建立了脊柱手术机器人的三维模型.利用MATLAB Robotics Tools建立机器人的三维运动学模型,对机器人进行运动学和轨迹仿真分析,得到脊柱手术机器人的末端位移曲线图和关节加速度曲线,并用蒙特卡洛法对脊柱手术机器人的工作空间进行仿真,仿真结果表明所设计的脊柱手术机器人运行平稳,安全可靠,可以达到脊柱手术所需要的工作空间.     

抛物线过渡的并联机器人线性轨迹规划

针对并联机器人工作空间较小,轨迹规划时易于越出工作空间范围这一不足,提出了应用直线两端加抛物线过渡实现位置和速度连续的轨迹规划方法．并通过实例和图线比较得出该方法更适合于并联机器人这类小工作空间运动规划的结论．最后说明了该方法的可靠性．     

动态UP6工业机器人运动轨迹的实时规划

介绍了一种对运动中机器人的轨迹进行实时规划的方法。利用M otocom软件从机器人控制柜获取其当前的运动程序文件,通过一种轨迹规划算法,对运动中的机器人的轨迹进行实时规划,重组为运动程序文件,再通过M otocom32将文件上传给机器人控制柜,并使机器人按规划后的程序继续运行。这样便实现了对运动中机器人轨迹的实时规划。实验证明,这种轨迹规划的方法实时性较好,满足了一般工厂运行的要求。     

基于Matlab的机械手运动学分析与仿真

在Solidworks中对上下料机械手进行三维建模,运用Craig版本的D-H法来描述机器人的连杆参数和关节变量,运用代数法求解出其运动学方程,在Marlab Robotics Toolbox中运用Link函数对其建模,并对其进行正向和逆向运动学仿真,从而验证数学方程的正确性。选取一小段路径对其进行轨迹规划,得出机械手末端执行器的空间轨迹以及各关节连续平稳的位移、速度和加速度曲线,延长了机器人的使用寿命,为机械手后期的动力学分析和控制研究提供了一定的理论基础。     

基于微分几何法的机器人最优轨迹规划

将二自由度机器人的轨迹弧长指标视为黎曼度量,在黎曼空间内进行机器人的最佳轨迹规划.基于微分几何的方法,求出了具有此种黎曼度量的黎曼曲面上的测地线作为机器人的最佳轨迹,并进行了计算机轨迹仿真,验证了轨迹规划结果的正确性.     

3-DOF平面微动并联机器人的动-静态建模

在叠加变形原理基础上,利用柔性关节两端的广义力传递关系和位移传递关系,分别对微动并联机器人进行运动学建模和静力学建模,两者相结合构成系统的动-静态模型．对于大多数工作在低速、低频和工作空间较小的微动机器人都是适应的．以3-DOF平面并联微动机器人为例,介绍了整个建模过程和求解方法．相比应用伪刚体法进行的解析建模,模型精度有了大幅度的提高．     

平面二自由度冗余驱动并联机器人控制实验研究

对平面二自由度冗余驱动并联机器人进行了逆运动学分析,由末端执行器的位置计算得到主动关节角的位置.分别采用传统的PID控制方法和PID+速度前馈补偿+加速度前馈补偿的方法对并联机器人轨迹跟踪问题进行了实验研究.通过比较2种控制方法的轨迹跟踪效果和比较由连接在连杆上的加速度传感器测量的振动大小,证明了PID+速度前馈补偿+加速度前馈补偿的方法能更好地实现轨迹跟踪.     

压电陶瓷驱动微小型机器人的运动分析与仿真

为满足桌面工厂对机器人在平面内大行程、高精度和全方位运动的要求,研制了一种压电陶瓷驱动的微小型机器人.该机器人采用stick-and-slip运动原理,通过压电陶瓷和电磁铁的配合动作,在铁磁性工作表面上实现了前进、后退、左转、右转和原地旋转运动.在假设平行配置的压电陶瓷驱动器在每一步的运动过程中保持平行基础上,分析了一步运动中机器人的4个支撑脚的坐标变化情况,进而推导出在该条件下反映机器人位姿变化的运动学差分模型.计算结果显示,机器人直线运动最大步长为0.042 0 mm,旋转运动最大偏转角度为0.185°/步.通过开环轨迹控制、点-点位姿控制和路径跟踪闭环控制实验,验证了机器人应用于桌面工厂时的可行性.     

基于能量的欠驱动双臂机器人悬摆动态伺服控制

针对欠驱动双臂机器人悬摆运动时,摆臂末端对目标点或目标轨迹的跟踪问题,提出动态伺服控制策略．利用灵长类动物悬摆运动的类单摆特性,基于李亚普诺夫稳定性理论,设计了基于能量和双臂空间构型的滑模变结构切换控制律,规划系统末端的动态空间轨迹．数值仿真实验验证了所述控制策略的有效性．     

面向末端刚度提升的机器人手臂关节角路径优化

针对六自由度串联关节机器人手臂,采用D-H法对手臂的操作空间进行了描述,得到了正、逆解运动学模型,建立了机械臂运动学方程.在各运动角度优化指标下,优选末端关节角度来增加手臂的刚度和稳定性,从而实现机械臂路径规划的优化.引入目标函数和遗传算子,提出了一种基于遗传算法的多目标机械臂路径规划算法.通过Matlab工具箱进行仿真验证,证明了该算法的有效性与可行性.     

基于液压驱动的拟人机器人上肢机构设计

为提高拟人机器人的集成性与负载能力,对拟人机器人上肢机械结构及其控制系统进行研究.运用CREO软件对拟人机器人上肢各主要关节进行三维模型,并完成虚拟装配.对液压驱动拟人机器人液压驱动系统实现了集成式模块化控制,液压管路布线均匀整齐.基于MATLAB软件对机器人手臂工作空间进行仿真分析,得到了机器人手臂末端执行结构的工作空间云图,并采用FluidSIM液压仿真软件对液压系统原理进行建模,验证液压系统设计的合理性.利用LabVIEW软件设计拟人机机器人上位管理界面,实现了其控制功能,为拟人机器人的设计、改进提供一定的理论基础.     

基于微分几何法的机器人最优轨迹规划

将二自由度机器人的轨迹弧长指标视为黎曼度量，在黎曼空间内进行机器人的最佳轨迹规划基于微分几何的方法，求出了具有此种黎曼度量的黎曼曲面上的测地线作为机器人的最佳轨迹，并进行了计算机轨迹仿真，验证了轨迹规划结果的正确性。     

双SCARA机器人运动模型仿真与控制系统

针对2台SCARA机器人协调运动时的干涉问题,运用D-H法建立双机器人连杆坐标系及其正、逆运动学方程,确定双机器人间的坐标变换关系。运用Robotics toolbox工具箱建立双机器人关节模型,使用蒙特卡罗法求出双机器人协调工作空间,制定双机协调工作任务,编写了PLC程序,并利用C#开发双机器人运动控制上位机,对双机器人避让策略进行设计。运行结果表明：该系统可实时显示双机器人的末端位置,实现有效的避让,运行精度在1 mm以内。     

仿人机器人基于旋量理论的运动学分析方法

仿人机器人自由度数目多,且不存在固定基座,运动学的分析比一般工业串联机器人要复杂.针对仿人机器人腿部关节的配置特点,提出了基于旋量理论,根据质心和双脚轨迹规划,采用Paden-Kahan子问题法直接求解仿人机器人下肢运动学问题的方法.求解过程表明:该方法建模过程简单,逆运动学求解简便易行.     

平面冗余并联机器人的综合性能优化设计

对平面二自由度冗余并联机器人的综合性能优化设计进行了探讨.基于运动学模型,给出了该机器人的雅可比矩阵和最优拓扑构形,分析了结构参数对工作空间和奇异性的影响规律.提出了衡量机器人运动精度、力传递性能、结构刚度和工作空间利用率的综合评价指标,建立了以综合评价指标为目标函数,以任务空间和无奇异位形为约束条件的数学优化模型,并采用自适应遗传算法求解.研究为同类机器人的优化设计提供了参考.     

基于空间变形梁的柔性机械臂刚-柔耦合动力学模型研究

针对作大范围空间运动的机械臂,提出了基于变形旋量理论的工业机器人机械臂刚柔耦合动力学建模方法;研究了机械臂空间变形耦合和扭转变形对动力学特性的影响;建立了作大范围空间运动柔性机械臂的刚-柔耦合动力学理论模型,该模型将机械臂应用到空间范围,并考虑扭转变形的影响。对模型做计算仿真分析,将分析结果与传统零次模型进行比较。结果表明:作大范围运动机械臂动力学方程的建立,旋量理论的应用解决了传统数学方法只限于平面运动的局限性;大范围运动与机械臂变形之间的耦合,对于机械臂杆件和终端有一定的影响;计及变形耦合影响的机械臂动力学特性将发生变化,机械臂振动频率会提高。     

一种箱式结构清扫臂的尺寸优化及轨迹规划

为克服工作空间受限的箱式结构不易清扫的问题,以实验室现有的气箱为清扫对象,设计了一种箱式结构清扫臂,并依据优化设计的思想,以箱式结构清扫臂的工作空间最小为优化目标,确定了基杆的最优长度和基杆与箱体壁的最优夹角;同理,在各臂转到同一条线上时,以清扫臂对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出各臂的最优臂长;最后,根据箱体的尺寸和结构规划了一条清扫路径,并基于路径各个部分的特点分别在关节空间和笛卡尔空间进行了轨迹规划,最终导出整条轨迹的运动学方程,以此进行运动学验证和仿真.     

基于新型性能指标的冗余度机械臂重复运动规划之方案分析与验证

为解决冗余度机器人手臂在运动过程中出现的关节角偏差问题,探讨与分析了一种基于新型性能指标的二次型优化模型,以使机械臂的关节能实现重复运动.在考虑各种关节物理极限(如关节角度极限和关节速度极限)的情况下,该模型最终被转化为一个标准的二次型优化问题来求解.同时,基于负梯度法的原理分析和基于PUMA560的平面四连杆机械臂的计算机仿真结果表明,该方案具有可行性和有效性.