6R轻量化关节机器人的静刚度建模及分析

串联机器人末端的形变对机器人作业的精准性会产生影响,为了提高机器人的绝对定位精度,通过对6R轻量化关节机器人末端挠性变形的分析研究,综合考虑了包括伺服电机传动变形和谐波减速器传动变形在内的关节变形,以及机器人各个臂杆末端的弯曲变形、扭转变形和拉伸变形,分别建立了机器人关节和臂杆的静刚度模型.然后,分析了基于该刚度模型的关节变形和臂杆变形分别在机器人末端的映射关系,得到了机器人末端的总挠度变形.最后,基于机器人的刚度模型利用Matlab分析软件对实例进行分析,所得结果与其利用有限元分析的结果相对比,验证了静刚度模型的正确性和有效性.其对轻量化机器人的设计分析及其运动控制具有指导作用.     

压脚压紧力作用下的机器人变形预测和补偿

针对工业机器人在压脚压紧力作用下由于结构变形所引起的压脚沿工件表面滑移的问题,提出压脚约束下的机器人刚度模型,并基于该模型对机器人变形进行预测和补偿,以提高机器人制孔的定位精度. 基于改进的Denavit-Hartenberg方法建立机器人运动学模型;在此基础上,通过研究机器人末端平移变形与压脚压紧力之间的相互耦合关系,建立压脚约束下的机器人刚度模型,通过基于L-M算法的关节刚度辨识实验获得机器人6个关节刚度的具体数值;应用该刚度模型预测一定压脚压紧力作用下不同孔位的机器人末端平移变形,并对理论孔位信息进行离线补偿. 试验结果表明,在采用上述方法补偿机器人滑移变形后,机器人制孔的平均位置误差由原先的0.22 mm降低到0.05 mm,满足机器人自动化制孔定位精度要求.     

一类串行关节式机器人正运动学建模与仿真研究

为了使机器人复杂的几何参数得到更好的处理,本文依据实验室串行关节式机器人具体的结构与特点,建立了机器人正运动学模型,即已知机器人各关节旋转的角度,得出机器人末端最终的位置和姿态。采用D-H规则在机器人的连杆上分别建立一个坐标系,求出从端点坐标到基坐标的变换矩阵T,进而建立机器人的正运动学方程;同时,利用Matlab中Robotics Toolbox建立实验室机器人模型,并采用Matlab中的FKINE函数对初始位置进行仿真验证。仿真结果表明,该模型与实验室机器人初始位置一致,说明了机器人模型的正确性。该研究为机器人的轨迹规划等应用奠定了理论基础。     

卧式双机联合自动钻铆系统综合刚度研究

为分析卧式双机联合自动钻铆系统中多轴机床的刚度特性分布规律,定量分析该机床末端弹性变形. 建立多轴机床的运动学模型,确定运动关节、柔性运动轴和末端执行器为其末端变形主要来源;针对柔性运动轴与末端执行器的力学特性,采用有限元法得到其对应坐标系内的刚度矩阵;针对运动关节,采用试验法得到关节空间内的刚度矩阵;通过雅克比矩阵法建立运动关节的增强型末端刚度矩阵,通过点传递法建立柔性运动轴的末端刚度矩阵;基于弹性小变形理论,综合各个变形来源的末端刚度矩阵建立多轴机床的综合末端刚度模型;通过实际测试,该刚度模型与实验结果误差小于10%,证明了该综合刚度模型的准确性.     

艾灸辅助机器人的运动学分析与仿真

传统的人工艾灸治疗方法定位精度差,对医师的体能要求高,治疗过程艾烟弥漫并存在烫伤风险。因此,结合机器人技术,设计了一款4-DOF的艾灸辅助机器人。通过D-H参数法建立机器人坐标系,并计算机器人模型的正、逆运动学。利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立机器人模型并进行仿真,得到机器人末端的位移、轨迹图以及各关节的角度、角速度、角加速度变化曲线。结果表明:机器人在仿真过程中没有出现冲击或卡顿现象,运动学性能良好,验证了机器人模型的合理性。     

一类串行关节式机器人逆运动学建模与仿真研究

针对实验室一类串行关节式机器人,本文在正运动学模型的基础上,运用解析法对机器人的各个角度变量进行求解,建立逆运动学模型;同时对逆运动学进行仿真验证,将机器人末端姿态带入求解公式,与机器人实际的位姿进行对比。仿真结果表明,在误差允许的范围内,与输入正运动学的角度一致,但如果两组数据得到同一个位姿,说明机器人有两组运动学逆解,通过与机器人实际到达位置的变化进行比较,验证了该结果的可靠性。该研究为更深层次的机器人运动规划和编程系统设计奠定了理论基础。     

基于点球约束的机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,机器人理论位姿和实际位姿总存在一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响装配机器人的应用与推广。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1）通过在机器人末端安装的6维力传感器反馈末端受力情况,控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2）以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的7自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;建立机器人的运动学误差模型,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证。采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所得参数代入误差模型中进行实验,结果表明,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供了有益参...     

双足舞蹈机器人步态规划

以双足舞蹈机器人为对象,建立系统的多自由度运动学模型,在此基础上开展舞蹈机器人正运动学和逆运动学分析,根据行走步长、步宽、步行周期等运动参数求解机器人各关节角度;引入三维倒立摆模型,结合零力矩点(Zero-Moment-Point,ZMP)稳定判据,对舞蹈机器人进行步态规划稳定性分析;最后,结合对舞蹈机器人的行走步态进行了仿真分析,得到了各个关节的角度值,可作为舞蹈机器人的输入控制参数.     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

基于MATLAB的6R焊接机器人运动学的仿真研究

为了更好地控制焊接机器人进行精准的焊接作业,以ABBIRB1600型焊接机器人为研究对象,利用MATLAB分析了它的正运动学、逆运动学和轨迹规划问题。基于标准D-H法对其进行建模,建立正运动学方程;在正向运动学的基础上,通过矩阵求逆的方法生成多组非线性方程并得到机器人各关节角度变量的8组解;在关节空间内对该机器人进行运动轨迹仿真,得到各关节轴的角位移、角速度和角加速度随时间变化的平滑曲线,仿真结果证明了所建立的运动学方程的正确性以及该机器人参数的合理性。为后续焊接机器人的轨迹规划研究提供了必要的理论基础和正确的运动学模型。     

基于雅可比矩阵分析法的多关节机器人机构设计技术研究

鉴于多关节机器人机构参数的设计是极其复杂的难题,研究出一种平面6自由多关节机器人的机构设计方法。通过分析小载荷6自由度多关节机器人机构设计的特征,提出一种从末端工作载荷任务反推各个杆件所需驱动力与功率作为选取驱动部件、设计机构依据的思路。通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,引入雅可比矩阵解决机器人逆运动学解析问题,得到多关节机器人各关节的运动速度,在速度选定基础上,计算出驱动力矩,综合考虑性价比选择出电机与减速器,根据电机与减速器的外形尺寸,从多关节机器人末端反向设计出机构外形。设计实例表明,该机器人结构具有良好的运动特性,为多关节机器人的详细结构设计提供了一种简单、有效途径。     

机器人运动学参数递推标定方法

为了获得准确的机器人运动学参数,提出了一种机器人运动学参数递推标定方法. 基于机器人运动学模型,建立了相邻连杆局部坐标系误差模型,进而提出了从末端连杆坐标系至基坐标系进行运动学参数递推标定的方法. 以八自由度机器人为研究对象,在利用激光跟踪仪建立连杆坐标系的基础上,通过实验验证了运动学参数递推标定方法的有效性和实用性.     

机器人通用运动学自动建模技术

多自由度机器人运动学自动建模问题是机器人仿真与离线编程系统中的关键技术。本文给出了自动建立机器人关节座标架原则，ＤＨ参数正负号确定原则，描述了关节座标架建立流程及ＤＨ参数求解方法。利用该理论开发了通用机器人运动学自动建模程序。     

HSR-JR605工业机械臂的运动仿真研究

运用D-H参数法对华中数控HSR-JR605工业机械臂进行运动学分析和参数设计;利用Matlab软件建立HSR-JR605的虚拟仿真模型,并对其进行正向运动学、逆向运动学仿真和关节空间点到点轨迹规划仿真,得到HSR-JR605的关节转动速度、关节速度、关节加速度的变化曲线,具有连续、平稳、无断点、无跳跃、无拐点等现象,从而验证了HSR-JR605工业机械臂参数的合理性和仿真模型的准确性.     

基于MATLAB的六自由度机器人越障轨迹仿真

以六自由度机器人为研究对象,采用Pro/E软件建立机器人模型,导入VRML并通过设置rotation和century参数实现各个关节联动;利用MATLAB和SIMULINK软件建立可视化仿真平台,通过GUI实现与机器人的实时交互仿真,实现了机器人搬运工件越障运动仿真的实时性和可视化;结果表明理论分析和仿真结果一致。证明所建立的仿真平台具有可靠性和合理性,为研究此类机器人运动特性提供了有价值的参考。     

工业机器人三维示教模型的设计与实现

三维示教器在工业机器人示教领域具有高效、形象等优点,在三维仿真示中教发挥着日趋重要的作用。文章基于D-H参数法对工业机器人进行正、逆运动学分析,建立了运动学模型并在Matlab中对其进行仿真验证,实现了工业机器人的三维示教模型运动学设计;基于Qt和OpenGL相结合对三维模型仿真显示系统进行开发研究,采用SolidWorks绘制三维模型,并使用3DS软件对其渲染,实现了工业机器人的运动学程序与三维模型程序的融合,而且在三维仿真系统界面的设计上给出了简洁而功能齐全的人机交互界面,改善了工业机器人在三维示教中的视觉效果,提升了仿真系统跨平台特性,对工业机器人在工业现场的生产示教具有很现实的意义。     

6-DOF上肢康复机器人的路径规划及实现

为了使康复机器人达到更好的康复效果,本文在机器人参数分析及结构分析的基础上,采用D-H方法建立运动学模型,在Matlab环境下,利用Robotics Toolbox工具箱对机器人建模,根据末端执行器初始与终止位姿,规划关节空间的路径轨迹,并利用Matlab软件对外骨骼上肢的运动和运动轨迹进行仿真,最后应用VC++构建机器人控制系统平台,并在实物样机上进行轨迹验证。验证结果表明,该设计可以实时观测各关节的运动角度与速度,从而验证仿真轨迹的正确性。该控制系统平台既可以进行单关节控制并实时显示关节的角位移图和角速度图,又可以实现多关节的联动控制,能够满足患者康复的不同需求,实用性较强,因此具有广阔的发展前景。     

Dobot机器人运动学分析及建模仿真

为了实现Dobot机器人的运动控制,本文采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立Dobot机器人运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解和逆解;同时,采用五次多项式插值的方法,对Dobot机械臂进行轨迹规划,并利用Matlab Robotics Toolbox仿真工具箱对Dobot机器人进行正逆运动学运算和轨迹规划仿真。仿真结果表明,各关节角度值从起点到终点的变化曲线呈现五次多项式曲线变化;各个角速度大小呈现先增加后减小的变化。该研究对于Dobot机器人的开发具有较高的经济实用价值。     

冗余度机器人动力学容错性能

提出了最小关节力矩突变指标,对冗余度机器人动力学容错性能进行了研究,通过构造关节力矩突变的表达式,在不同锁定时刻规划出各个关节力矩,并将规划结果与运动学关节速度突变规划出的关节力矩相比较,证明了在低速运动下可以用最小关节速度突变算法控制机器人的末端误差,而在高速运动下需要使用最小关节力矩突变算法控制机器人的末端误差.最后通过一个平面3R机器人的仿真实例,验证了算法的有效性.     

基于MATLAB和ADAMS的拟人双臂机器人联合仿真

随着国内外机器人行业的快速发展,机器人的形态越来越趋向于拟人化。针对拟人双臂机器人的结构特点,笔者利用D-H方法建立机器人手臂的运动学模型,推导出运动学方程。利用MATLAB对机器人手臂进行运动学仿真,得到手臂末端位移曲线。用UG建立机器人三维模型导入ADAMS,设置相应的约束和驱动,得出机器人手臂末端轨迹曲线。将ADAMS得出的结果与在MATLAB中得到的结果曲线进行对比,可得到两者的最大偏差为8.31mm,并且曲线平稳,无突变,验证了运动学理论推导的正确性和结构设计的合理性。