凿岩机器人三角钻臂的运动研究

针对凿岩机器人三角钻臂精确运动控制困难的问题,对三角钻臂的机械结构进行了运动解耦分析。首先通过D-H坐标系法建立了多关节闭链钻臂的完备运动学方程,构建了三角钻臂运动位置与支臂油缸长度的数学模型;随后基于三角钻臂特定结构约束下的运动特点,利用空间几何解法,构建了相对简单的运动数学模型,同时在此基础下提出了三角钻臂运动的一般控制流程;最后结合具体实例分析两种不同模型下的计算结果并与相同条件下的三角钻臂三维模型的测量结果进行了相互验证。研究结果表明:运动解耦分析所建立的运动数学模型正确性得到了验证,这可以为钻臂的精确定位控制打下基础。     

基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统。使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节值形成闭环从而获得关节速度给定值。通过比例液压系统驱动机械臂关节,进而控制位姿变化。推导了负载敏感比例阀控液压油缸传递函数、陀螺仪姿态解算方程并对机械臂进行逆运动学分析。使用MATLAB/Simulink建立基于关节速度控制的液压驱动机械臂位姿闭环控制仿真模型,进行仿真实验,结果验证了控制方法的可行性。     

移动机械臂无碰抓取方法的研究

提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

基于几何学的臂部相邻三关节轴线平行的6自由度机械臂逆运动学算法研究

提出了一种针对肩、肘和腕3个相邻回转关节轴线始终平行的6自由度串联机械臂逆运动学问题求解方法。该方法能够在求解的第一步利用结构约束下的机械臂腕、手与末端三者的空间几何关系,确定目标末端位姿对应的腕部空间位置;从而将一个描述机械臂末端位姿和机械臂6个关节角度关系的六元方程组求解问题,转化成为分别描述机械臂腕部位置与机械臂肩、腕部共3个关节角度之间关系,以及描述机械臂末端姿态与剩余机械臂腕部3个关节角度之间关系的两个三元方程组求解问题,显著降低了6自由度机械臂逆运动学问题的求解复杂度。以UR3机械臂为试验对象,试验结果表明,该算法能够根据机械臂末端姿态求解其各关节角度,与采用UR3配套控制算法相比,采用该算法的UR3机械臂末端线性定位精度达到毫米级、角度定位精度达到1°。     

搬运机械臂的初始加速度和速度连续运动规划研究

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏。针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案。首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型。其次,为实现关节加速度和速度从0开始连续变化,在关节加速度及速度上引入约束函数进行调整。再次,为减少机械臂末端执行器在任务执行期间出现的位置误差,采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度。最后,在MATLAB软件上针对平面三连杆机械臂以及冗余度机械臂PA10进行了运动规划仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂初始关节加速度和速度跳变,且末端执行器跟踪轨迹能达到较高的精度。     

基于逆运动学的柔性机械臂末端定位控制

针对具有形变特性的柔性机械臂,在运动过程中存在末端不易定位控制或定位精度低的问题,设计了一种线驱动柔性机械臂样机,通过分析其运动机理推导末端位置空间、臂体形态空间以及驱动空间三者之间的逆运动学关系;然后,提出了基于逆运动学模型的柔性机械臂末端定位控制方案;最后,利用CoppeliaSim仿真平台建立了柔性机械臂仿真模型,并在该仿真平台中应用逆运动学关系进行柔性机械臂运动控制过程中末端定位仿真分析,仿真结果验证了所建立逆运动学模型的有效性及基于该模型的柔性机械臂末端定位控制方法的合理性.     

Dobot机械臂建模仿真与轨迹规划算法研究

MATLAB环境下研究Dobot机械臂的D-H建模、运动学分析、轨迹规划算法、仿真。在MATLAB机器人工具箱环境下,基于D-H参数模型建立Dobot机械臂模型,计算机械臂的齐次变换矩阵,通过仿真工具箱进行正逆运动学仿真与轨迹规划控制研究的运动仿真。通过仿真分析得到机械臂各关节在轨迹规划算法作用下的位移、速度、加速度以及末端轨迹。从仿真结果可知研究方法对于机械臂运动控制研究具有重要的现实意义,为Dobot机械臂控制、优化算法研究提供参考。     

有限空间约束机械臂动力学协同仿真方法研究

针对多自由度注塑机械臂系统在有限空间约束条件下作高效两点重复运动需求,提出了一种基于结构动力学和控制系统运动学协同仿真的机械臂轨迹规划与优化方法。运用结构表达式驱动和link函数分别建立机械臂的结构模型和D-H模型,根据机械臂的初始位置和终止位置,对机械臂进行轨迹规划逆向运动求解,获取初始轨迹曲线和各关节角度变化曲线,将NX接口的全部操作编译成独立的M函数嵌入到MATLAB/Simulink模块的动态系统仿真模型中进行轨迹曲线的拟合。得到在有限空间约束的条件下轨迹连续,关节平滑,末端运动时间较短,满足实际需求的一条理想轨迹。     

生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法

常规方法将伺服电机的驱动力矩直接作用于机械臂关节,关节角速度受扰动力负面影响,使得跟踪轨迹调节时间较长、稳态跟踪误差较大.提出生产线机械制造设备机械臂自动化控制方法.建立机械臂运动学模型,将关节角度作为改变机械臂位置姿态的参量,分析关节角度时间变化规律,得到机械臂位置姿态集合,规划机械臂运动轨迹,利用运动控制处理器,控...     

冗余度机械臂零初始关节速度的运动规划方案研究

对一种基于伪逆的冗余度机械臂的运动规划方案进行研究。首先,根据机械臂结构和末端运动规划问题,建立速度层的运动学伪逆算法求解模型。其次,通过在关节速度上加约束,可实现关节速度从零开始平滑变化,并能快速趋近其最小范数解。再次,利用了位置误差补偿方法改善了运动学方程,有效消除或减小机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差,保证轨迹跟踪的精度。最后,利用MATLAB软件对平面四连杆机械臂跟踪圆形和螺旋线曲线轨迹进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案具有指数收敛性质,运动误差能达到较高的精度等级。     

有关节约束超冗余机械臂的增益优化轨迹规划

为了实现超冗余机械臂的实时在线规划,本文提出一种基于雅克比转置矩阵的人工势场轨迹规划方法。轨迹规划不仅要满足末端跟踪精度要求,而且要满足关节速度和角度约束,关节速度主要由轨迹规划算法的增益决定,而增益的大小决定系统稳态性能的好坏,通过优化势场函数和使用加权关节速度,在避免关节限制的前提下减小关节速度范数,从而能选择更大的增益。使用蒙特卡洛法建立最大关节速度与增益的关系,从而确定增益范围。分别在点对点运动和轨迹跟踪运动中选取不同的增益证明算法的正确性和有效性,并在轨迹跟踪运动中引入速度前馈,通过李雅普诺夫稳定性定理证明算法稳定性。通过以超冗余机械臂为模型仿真验证,得出在点对点运动下末端位置偏差小于10~(-4)mm,姿态偏差小于1×10~(-5)rad;轨迹跟踪运动的位置偏差小于10~(-3)mm,姿态偏差小于1×10~(-4)rad。最后进行实验验证,虽然实验过程中轨迹偏差相比于仿真增加一个数量级,但仍符合实验任务需求。     

空间机械臂姿态及关节运动的自适应与鲁棒控制

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题。借助于增广变量法,恰当地扩展系统的控制输入与输出,克服了漂浮基空间机械臂系统控制方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点,保持了系统控制方程关于惯性参数的线性函数关系。以此为基础,针对末端抓手持有载荷参数未知与不确定两种情况,设计了载体姿态与机械臂关节协调运动的自适应控制与鲁棒控制两种方案。仿真运算证实了上述控制方案的有效性。     

基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案

针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速度约束方案。首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。其次,分别利用设计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。接着,针对末端执行器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。最后,利用MATLAB软件对六自由度机械臂进行了运动规划仿真实验,并利用Arduino平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪误差均不超过3×10^-4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。     

一种含有闭环支链的5-DOF并联机械臂的动力学建模与分析

提出一种双闭环5-DOF机械臂,该机械臂在((2-UPS)+U)PU构型的基础上增加闭环结构,得到新的拓扑构型2-UPS+((2-UPS)+U)PU,闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供了新思路。应用矢量链法,建立了机构的位置模型;推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度V_o的映射,建立了机构的独立变量q与运动平台广义速度V_o之间的解耦矩阵;建立了机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度V_o之间映射,并基于虚功原理建立了机构的动力学模型,将推导的动力学模型变换成具有Lagrange动力学形式的动力学模型;在Adams仿真软件中建立该机构的虚拟样机模型,通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。     

移动蛇形机械臂空间路径跟踪策略研究

移动蛇形机械臂具有结构细长和多自由度的特点,其运动学逆解不唯一且计算量大成为研究的难点之一。针对某14自由度的移动蛇形机械臂,采用几何推导法设计了基于末端跟随算法的运动控制策略,实现了机械臂末端的精确位置跟踪,避免使用复杂的逆运动学算法进行求解。该策略考虑了机械臂关节角度和基座移动距离的约束,保证在无约束时机械臂各关节都处在前一时刻的关节轴线上,从而缩小机械臂的位形偏移量,使机械臂的运动更加平滑。通过三维空间轨迹跟踪数值仿真,验证了算法的有效性。通过计算效率和运动幅度,对比该策略与基于雅可比矩阵的数值优化法、人工智能优化算法的性能,说明了该策略的适用性。     

运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法

运动助力机械臂的轨迹跟踪控制是实现高精度工作的关键。由于运动助力机械臂参数存在的不确定性等因素，导致运动助力机械臂轨迹跟踪误差较高，为此，提出了运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法。分析运动助力机械臂空间位置和变换关系，根据运动助力机械臂关节与连杆之间的空间坐标矩阵变换过程，构建齐次坐标变换矩阵，获取机械臂末端执行器的空间位姿矩阵。通过定义机械臂轨迹的相关性特征集，得到机械臂轨迹跟踪误差的校正指标。基于置信概率计算，确定机械臂轨迹跟踪误差校正的约束范围，构建约束参量分析模型。采用遗传算法的原理，求解运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正参数，实现运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正。实验结果表明，所提方法的运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正效果较好，能够有效提高运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正精度。     

危险品处理机械臂液压关节运动分析

以危险品处理机械臂液压驱动关节为研究对象,基于电液比例技术对液压驱动关节控制系统作理论分析与建模,以小臂关节为例研究了液压缸活塞杆与关节运动传递关系.从液压驱动关节比例控制原理出发,依据阀控液压缸工作动态方程,得到活塞杆速度与阀芯位移以及机构位置的确定关系.仿真结果证明了液压缸活塞直线运动与关节旋转运动之间的非线性传递关系,并指出了它们位移、速度之间特定的约束关系,为机械臂的运动轨迹规划与控制奠定了基础.     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。