5 自由度机器人操作器运动学逆问题的解析解

为求解5自由度机器人操作器的运动学逆问题,本文提出了一个完整的简化求解方程组,并利用此方程组求得具有解析解的5自由度操作器的8类结构形式及具有球型手腕的6自由度操作器的运动学逆问题的解析解.     

类串并混联4自由度机行走机构的运动学分析

提出一种类串并混联4自由度行走机构并对该行走机构进行了运动学分析。该行走机构由串联形式的2自由度髋关节与主动连杆和从动连杆分离形式的2自由度并联机构串联而成。首先建立行走机构的数学模型,在此基础上基于矢量法,以提高控制精度以及降低所需能耗为目的,通过矩阵变化求得其运动学正解和运动学逆解,并利用MATLAB和SOLIDWORKS软件验证了运动学逆解的准确性。结果表明:利用所述方法求得的运动学逆解是正确的。     

六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与仿真

突破了仅对两自由度平面柔性机械臂进行研究的传统,而对多自由度空间柔性机械臂进行动力分析。用假设模态法表示臂杆柔性,并将变形量融入D—H坐标系,通过对机械臂末端的轨迹规划得到刚性运动学的逆解。运用Kane方法对多自由度的空间柔性机械臂进行动力学建模,推导出完整的系统动力学方程,采用较高精度的四阶龙格-库塔法对动力方程进行积分求解。给定一个六自由度柔性机械臂模型,并对其进行数值仿真,验证了臂杆柔性对机械臂的动力响应产生的重要影响。     

6—6并联机构封闭运动不位姿正解单解

用代数法研究了６－６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构封闭运动学位姿正解单解。在添加了一个附加位移传感器的基础上,解得了上平台六铰接点中三个铰接点在惯性坐标系中的矢量分量。并将其直接转化为六个自由度,从而获得了６－６六自由度Ｓｔｅｗａｒｔ并联机构封闭运动学位姿正解单解及其存在的条件。     

基于位姿分离法的模块化机械臂逆运动学分析

分析了7自由度冗余机械臂的运动学正逆解, 采用Denavit-Hartenberg(D-H)坐标法进行正运动学建模, 获得机械臂末端相对于基座的空间位姿; 采用位姿分离法进行逆运动学建模. 求位置逆解时, 由约束条件分别获得前4个关节角位移解析解; 求姿态逆解时, 采用欧拉角表示机械臂末端相对于基座的姿态, 减少了计算量. 以SCHUNK模块化7自由度机械臂为例,进行了运动学正逆解分析, 并基于虚拟样机进行了仿真验证.     

3种构型的6自由度绳牵引门式起重机器人的运动学位置逆解分析

借助Matlab软件,通过运动学逆解分析3种不同构型配置的6自由度起重机器人机构的运动学欠约束问题.研究结果表明:对3根绳牵引的6自由度起重机器人机构构型的改进中,3根主梁互相平行的机构是运动学位置逆解欠约束的,而其他两种机构的约束是充分的,改进的机构不都是运动学约束充分的.     

一种7DOF机械臂逆运动学解析算法及其应用

针对传统的基于雅可比矩阵最优解的数值方法对于有着冗余自由度的7自由度(7DOF)的机械臂逆运动学求解有着计算量大、只能求得单一解的不足,提出一种逆运动学的解析算法.在传统6维位姿矩阵的基础上,额外提出一个elbow angle 新约束,利用位姿目标矩阵和该elbow angle 共7维约束推导出7DOF机械臂逆运动学的...     

七自由度相贯焊缝检测机器人运动学逆解

针对采用D—H法求解机械手臂逆运动学存在的不足，提出几何法解决七自由度插接管焊缝检测机器人关节变量的逆解问题．该方法与矩阵变换法相比能很大程度上减少运动方程逆解的计算量，对于提高关节的控制速度极为有利．结合实际扫查的空间相贯曲线，对各关节的运动位移进行了计算仿真．结果表明，各关节的运动学逆解唯一，计算简单，运算量小，特别是对于具有多冗余度的机器人，此法能够避免奇异解的讨论，提高计算效率．     

立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的速度、加速度运动学分析

设计了立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的模型.在竖直平面上对末端执行器模型进行了速度、加速度运动学分析,包括速度、加速度运动学逆解.用力矩平衡法确定其质心位置,对位姿运动学模型进行了一阶、二阶求导,得出了运动学速度、加速度逆解模型.根据封闭矢量三角形法则,求出了速度运动学逆解模型,给出了运动学速度逆解Jacobian矩阵.在规划的椭圆轨迹下,采用Simulink仿真软件进行了末端执行器质心的速度、加速度和绳速度变化规律的仿真,并搭建了控制系统的硬件设备.研究表明,在所规划椭圆轨迹下,所有绳速度、加速度的变化是连续的且求解速度、加速度逆解的算法正确、通用.     

一种面向低频隔振的两自由度球面并联机构

针对两转动自由度低频隔振的需求,基于球面并联机构理论提出了一种两转动自由度球面并联隔振装置。从机构学的角度对其进行了工作原理分析和自由度计算,并完成了隔振平台的虚拟样机设计。采用连杆参数的D-H表示法,以连杆圆弧张角为约束条件建立了机构的约束方程,实现了其运动学逆解,并基于数值方法给出了运动学正解的求解过程及正逆解算例。分析和仿真结果表明:所设计的两自由度球面并联机构可操控性强、运动学模型合理有效,能够满足隔振平台所需的低频隔振性能需求。     

四足机器人气动人工肌肉驱动的仿生柔性机体动力学分析

基于四足生物动态步行时其柔性机体辅助腿机构的运动机理,设计了一种由气动人工肌肉、仿生脊柱、前机体和后机体组成的四足机器人仿生柔性机体.采用几何法分析仿生柔性机体运动学,建立四足机器人转向时仿生柔性机体弯曲角与气动人工肌肉长度变化间的关系,通过控制气动人工肌肉长度以控制机体弯曲.基于浮动坐标法和动量矩定理进行仿生柔性机体刚柔耦合动力学建模,对比分析了不同机体刚度下机体弯曲所需气动人工肌肉驱动力.设计仿生柔性机体弯曲控制实验系统,采用PID控制算法进行机体弯曲实验分析.四足机器人的仿生柔性机体分析,为提高其非结构化环境机动性奠定了基础.     

双臂巡检机器人越障能力分析

研究了手臂固定式、手臂移动式和带柔索式三种类型双臂巡检机器人的越障能力,通过理论分析建立了三种类型双臂巡检机器人相应的越障能力数学模型,在设定基本相同的质量参数和结构参数前提下,计算得到了三种类型巡检机器人在不同线路坡度下的最大越障距离.计算结果表明:带柔索双臂巡检机器人的手臂结构运动更为灵活,机器人越障能力更大,且越障距离可根据障碍物大小自由调节,因此带柔索双臂巡检机器人的结构设计具有明显优势,更易实现机器人轻量化设计.     

基于封闭矢量法和D-H法的四足机器人逆运动学分析

为提高四足机器人的运动速度和仿生程度，设计一种新型的具有柔性腰的四足机器人，提出该柔性腰具有三个自由度，对该新型四足机器人进行自由度分析，并用螺旋理论来分析腰部的运动原理和验证自由度。运用封闭矢量法和Denavit-Hartenberg连杆坐标描述法求得柔性腰和单腿逆运动学分析，并用算例证明该算法的正确性。结果表明该算法计算和逻辑简单，便于理解和掌握。本研究为该新型具有柔性腰的四足机器人的工作空间、速度、加速度、机构优化和系统控制等的进一步研究奠定了基础。     

一种基于柔性腿部与主动腰部的仿猫四足机器人设计方法

目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成,部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动,但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中,猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性,参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织,提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先,从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式,设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部,转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时,使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后,开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机,通过运动仿真软件配合原型机,进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明,相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部,应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势,充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。     

面向喉部微创手术的经口腔单孔柔性机器人设计

传统喉部微创手术主要是借助于支撑喉镜进行的.而这种方式建立的手术通道狭长,手术视野及手术操作空间受限,存在着视觉盲区及操作盲区.该文针对以上问题,设计了一种新型的经口腔单孔柔性机器人,该柔性机器人可通过弯曲运动改善视觉盲区与手术操作盲区.柔性臂外径为10 mm,最大弯曲角度可达225°,并且实现了双段弯曲.柔性臂内部集成了医用内窥镜,并预留了2个器械通道,可满足复杂手术需求.该研究还进行了喉部微创手术模型实验,验证了柔性机器人进行手术的可行性.     

Dynamic characteristics of an intestine capsule robot with variable diameter

This paper proposes an intestine capsule robot with variable diameter. It is driven by external rotating magnetic field and has the function of automatic radial clearance compensation. An external magnetic field generating device and a capsule robot with variable diameter are developed. Radial dynamic balance equation and kinematics equation of the capsule robot traveling inside flexible elasto-wall environment are established, and dynamic characteristics of the capsule robot inside flexible elasto-wall pipe and rigid wall pipe environments are analyzed and compared. Simulations and experiment results show that its dynamic characteristics in both pipes are almost the same. Under the action of radial clearance compensation, fluid dynamic pressure around outer surface of the capsule robot and its propulsion, as well as its adaptability to diameter change range, are significantly improved. Its propulsion and moving speed are controlled by adjusting rotating angular speed of the rotating magnetic field. This innovative capsule robot with radial clearance compensation has a promising prospect for inside intricate gastrointestinal (GI) tract in non-invasive therapy applications.     

神经网络直接自适应控制器的设计与实现

柔性机器人在受限运动时由于控制对象极其复杂而难以控制。为了解决受限柔性机器人机械臂难以精确定位问题提出并设计了一种神经网络直接自适应控制器。其控制效果在研究的受限柔性机器人控制实验上作了仿真与实验。结果表明该控制器能经较高精度控制受限柔性机器人的机械臂精确定位。本文是深入研究受限柔性机器人控制问题的基础。     

输电线巡检机器人位姿变化的柔性关节控制策略

为降低输电线巡检机器人的柔性关节输出速度的波动程度，采用极点配置方法设计柔性关节伺服驱动系统控制器参数.该参数的选择随机器人位姿变化而变化，从而使机器人柔性关节伺服驱动系统能够获得平稳的输出速度.首先建立了机器人柔性关节伺服驱动系统动力学方程，并求得电机转速到电机电磁转矩的传递函数；接下来将PI控制策略应用于柔性关节伺服控制，求得控制系统闭环传递函数；然后采用相同阻尼系数的极点配置策略设计控制器参数；最后开展了巡检机器人越障情况下变位姿工况的柔性关节控制实验，结果说明可通过适当选择极点配置参数使柔性关节获得良好的输出速度.     

高压绝缘子清扫机器人的动力学建模及分析

从支柱型绝缘子带电清扫机器人的振动问题中，提取出一类由柔性臂和刚性臂组成的系统，刚性臂和柔性臂之间采用垂直移动关节连接，构成了末端具有移动刚体的柔性臂系统．在假设模态法的基础上建立了系统的Lagrange动力学模型，建模过程考虑了重力对柔性臂振动的影响．根据模型分析了刚性臂全局运动与柔性臂柔性振动的相互影响，刚性臂的全局运动使柔性臂的振动频率降低，阻尼增加．应用该模型对绝缘子清扫机器人的振动进行了仿真．为优化清扫臂的全局运动，降低升降臂的振动提供了依据．     

高压绝缘子清扫机器人的运动优化

研究了高压绝缘子带电清扫机器人的振动控制问题，提出了以升降臂的残余应变能为性能指标，应用极小值原理优化清扫臂伸缩运动的加速度，降低升降臂残余振动的方法．针对包含两点边值问题的优化问题，给出了用满足边界约束条件下，加速度离散节点的三次样条插值曲线逼近加速度曲线的数值解法，并将得到的优化轨迹的减振效果与经过优化的梯形速度曲线进行了比较．结果表明，该方法可以更有效地降低升降臂的残余振动．