六足仿蜘蛛机器人的结构设计与仿真分析

针对六足机器人运动规划问题,设计了一种六足仿蜘蛛机器人。首先,利用SolidWorks设计了六足仿蜘蛛机器人的机械结构;然后,通过建立六足仿蜘蛛机器人的D-H坐标系,构建了仿蜘蛛机器人行走机构的运动学模型,对机器人的单腿正、逆运动学进行了分析,推导了正逆运动学方程;最后,对几种典型步态进行了分析,运用多项式差值拟合的方法对仿蜘蛛机器人的摆动相及支撑相作了足端轨迹的规划;在此基础上,将SolidWorks模型导入到ADAMS/View中,利用ADAMS对几种典型步态进行了仿真,验证了对其步态规划的正确性。研究结果表明:该六足仿蜘蛛机器人的设计方案是有效的。     

双机器人协同搬运运动学分析及路径规划

建立了双机器人协同搬运工位站,对双机器人协同变姿态与定姿态搬运两种运动模式进行研究,并对双机器人之间的协同运动做了理论分析,提出了一种新的双机器人协同搬运的运动学约束方法。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同搬运系统建立连杆坐标系并求出正运动学方程,然后,求出协同工作空间,在工作空间内添加了较复杂空间螺旋线的路径规划方案,在MATLAB中可以得到规划结果。根据规划的搬运工件轨迹求出主、从机器人逆运动学的各个关节角值。最后采用SolidWoks与MATLAB联合仿真实验平台进行仿真验证,实验结果证明了所提出方法的有效性。     

重载搬运机器人的动力学仿真及控制系统设计

关节型重载搬运机器人各运动关节动态性能和能量耗散水平直接影响机器人以及运动规划的可达性。以ABB公司生产的IRB460型重载搬运机器人为研究对象,针对其机械本体结构特性,建立重载搬运机器人三维模型。若仅考虑回转轴、大臂和小臂组成的三个自由度,重载搬运机器人系统模型可简化成空间三关节机器人系统模型;依据拉格朗日力学方程建立重载搬运机器人系统动力学模型,利用机械臂逆运动学和五次多项式插值算法完成对多关节机械臂空间轨迹规划。通过动力学仿真分析可知,重载搬运机器人各运动关节的动态性能变化稳定且能量耗散较小,且能够沿着预定轨迹完成PTP模式的运动控制。最后,搭建控制系统仿真实验平台,提出一种重载搬运机器人控制系统模型,实验结果表明,所设计的重载搬运机器人控制系统能够准确、稳定的控制各运动关节运动,验证了各运动关节驱动电动机功率参数选择的合理性,为实际的工业生产应用奠定了理论基础。     

基于动作捕捉技术对仿人机器人运动学分析与步态仿真

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人.通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比.研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性.以实验结果为基准,仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7％和9.6％,均在合理的范围内,为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据.     

双足仿人机器人的设计与步态分析

设计了一个双足仿人机器人,建立了机构的三维模型,对机器人腿部进行了运动学分析及步态规划,并运用ADAMS进行了仿真。结果表明结构设计及步态规划合理正确,为物理样机的制造提供了重要依据。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

基于虚拟样机技术的外骨骼助力搬运机器人结构设计与仿真研究

针对现有外骨骼助力搬运机器人结构复杂、价格昂贵的问题,对外骨骼助力搬运机器人虚拟样机技术的结构设计、运动学与控制仿真展开了研究。设计了一款结构相对简单,在人体弯腰搬运重物时对人体腰部提供助力,且肘关节设计为自锁机构的可穿戴全身外骨骼助力搬运机器人;通过对外骨骼下肢运动学模型建立了D-H坐标,进行了正逆运动学分析;利用虚拟样机技术,采用人体步态行走时所采集的实验数据,对外骨骼助力搬运机器人进行了步态运动的仿真分析与联合控制仿真。研究结果表明:所设计的外骨骼助力搬运机器人的步态仿真运动与人体的实际数据相符,验证了所设计结构的稳定性与可靠性。     

仿人机器人的设计与实现

根据仿人机器人实现功能的要求,对机器人各关节自由度合理安排,完成仿人机器人的机构设计。运用D-H坐标表示方法,进行坐标系选取,位姿描述和坐标变换,并建立仿人机器人的运动学方程求运动学的正逆解,从而计算了仿人机器人的运动学。由Pro/E建立实体模型导入到ADAMS中进行虚拟样机仿真,通过查看后处理器运动学仿真结果,并与计算结果相比较,从而得出结论,为物理样机的制造提供科学依据。     

考虑能耗与负载因素的机器人仿生轨迹规划方法研究

提出一种基于仿生学理念的机器人运动轨迹规划方法。通过对人体上肢在举哑铃过程的分析以及对人体上肢进行运动学及动力学的模型建立,得到人体上肢的运动特征点信息。采用五次多项式插值法对轨迹进行规划研究并加入人体上肢手臂的运动特征点信息,最终确定考虑能耗及负载因素的仿生轨迹规划的基本方法。通过运动学、动力学分析及实验对比,确定最优轨迹。最后进行仿真和实验验证此仿人轨迹规划方法的正确性和优越性。     

基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法与仿真

针对移动操作自由度冗余搬运机器人伤员搬运运动的安全性、稳定性要求,提出基于动力学的运动规划与控制方法。采用改进D-H方法建立搬运机器人正逆运动学模型;采用拉格朗日法建立机器人动力学模型;基于零力矩点（ZMP—the Zero-Moment Point）方法建立机器人稳定性评估模型;采用S形曲线方法规划机器人末端运动;通过优化稳定性求解机器人运动学逆解;采用滤波方法拟合关节运动曲线实现关节平稳运动;仿真验证了基于动力学的搬运机器人运动规划控制算法的有效性。     

MOTOMANGP180型工业机器人的建模与仿真研究

基于运动学理论基础,利用标准D-H参数法对MOTOMAN-GP180型工业机器进行建模,得到机器人连杆坐标系模型,根据变换矩阵通式求解出机器人正运动学方程,并对机器人逆运动进行分析,再将D-H参数代入Matlab中的机器人工具箱进行三维模型的建立,正运动学求解函数Fkine仿真得到的数据与公式计算数据一致,证明模型建立正确.利用蒙特卡洛法对机器人工作空间进行求解,得到的空间图显示满足大多数场景工作要求.针对机器人搬运过程中的点到点的轨迹规划,采用五次多项式插值的方式轨迹进行优化,最终得到6个关节的位置、速度、加速度曲线平滑且连续,为该型号机器人的运动学研究提供了新思路.     

基于过路径点的三次多项式插值函数的仿蜘蛛机器人足路径规划

针对复杂隧道环境中机器人的避障问题,提出使用过路径点的三次多项式插值算法对机器人足运动路径进行规划。设计了一个能在隧道空间灵活运动的18关节六足仿蜘蛛机器人,运用D-H建模方法对仿蜘蛛机器人足进行运动学建模,并推导了逆运动学方程式,基于蒙特卡洛法对足端可达空间进行仿真分析,并基于过路径点的三次多项式插值算法对机器人足避障轨迹进行路径规划仿真。仿真结果表明,在仿蜘蛛机器人足路径规划中应用过路径点的三次多项式插值方法能保证步行足运动动作的平滑性,从而避免了因力矩突变引起的冲击作用,同时足端能通过路径点以满足避障要求。     

仿人机器人步行运动学建模与仿真

为研究仿人机器人步行、跑动和跳跃等技术问题,并实现仿人机器人在复杂非结构的人类生活环境中的应用。建立了刚柔耦合的仿人机器人系统;用D-H坐标变换法建立数学模型并得出正逆运动学公式及其解析解;规划出机器人稳定无冲击的行走步态,将Solidworks实体模型导入虚拟样机Adams中进行运动仿真,仿真结果与规划步态基本一致,验证了所建立的数学模型和实体模型的正确性,为仿人机器人动力学分析和步态优化提供了研究平台。     

蜘蛛机器人梯度投影法的运动分析和仿真

通过对蜘蛛结构及运动特性分析,设计了一款四足爬行机器人的结构模型;针对腿部机构构建的坐标系,对机器人的腿部模型进行运动分析,结合机器人的关节变量与足端对应的映射关系建立仿蜘蛛机器人足尖的步态轨迹方程;利用MDH法建立仿蜘蛛机器人的运动学模型,并通过adams对其进行模拟仿真;同时,利用梯度投影算法求解仿蜘蛛机器人的运动学方程,结果表明该机器人在空间的合成位移分布与复合摆线相符.通过matlab将机器人运动轨迹模型导入adams进行步态规划分析,结果表明机器人腿部的速度呈现一个个脉冲的形式,时间间隔小,运动速度均匀平稳.从而验证了运动控制方程是正确的,结构设计是合理的,仿生机器人的动作分解是可行的.     

双驱双向AGV机器人运动学分析及仿真

针对双驱双向AGV机器人采用两个驱动模块的构型特点,利用四轮差速原理建立AGV机器人在转弯过程的运动学模型,运用ADAMS仿真软件对AGV机器人进行运动学仿真,并利用MATLAB软件对AGV机器人运动学模型进行数值分析,通过对比机器人理论计算和仿真结果的偏差,验证了运动学理论分析的正确性,为继续优化机器人结构设计、轨迹规划以及控制系统设计奠定了基础。     

双工业机器人不同约束下协同运动轨迹规划

针对双工业机器人协作过程中的轨迹规划问题,对IRB200机器人进行建模,并求解机器人的正逆运动学。结合求解的正逆运动学提出紧约束下耦合运动和松约束下叠加运动算法。紧约束将机器人末端执行器之间建立不变的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生耦合运动;松约束将机器人末端执行器之间建立随时间变化的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生叠加运动。最终在MATLAB中分别进行协同搬运、协同绘制“铜钱”仿真实验验证算法,从姿态图、轨迹图及从机器人理论位置和实际位置对比能够看出,在不考虑机械误差、标定误差及机器人制造误差的情况下能够满足相关任务要求,实现从机器轨迹的自适应规划,避免对双工业机器人分别进行轨迹规划。     

工业机器人喷涂运动学仿真研究

为了提高工业机器人设计分析效率,降低昂贵的机器人开发成本,利用虚拟样机技术对机器人进行了运动学仿真,提出了机器人的轨迹规划。根据HA006型工业机器人的结构特点,建立了基于D—H连杆坐标系的机器人运动学模型,利用MATLAB软件的机器人工具箱构建机器人对象,求解机器人基于关节坐标和直角坐标的轨迹规划,并通过SolidWorks软件进行连续路径喷涂轨迹规划的运动学仿真与分析,较为直观地观察机器人工作姿态和运动轨迹,得到机器人运动性能的实时状况。试验结果表明,该方法可以清楚地判定机器人运动方案的合理性及轨迹规划及控制算法的可行性,有效地提高了工业机器人的设计效率。     

基于MATLAB的串并混联7-DOF仿人机械臂正运动学分析及仿真

设计了一种串并混联7-DOF仿人机械臂,并通过对并联机构进行运动学分析和D-H建模,建立了仿人机械臂正运动学的数学模型;运用MATLAB中的Robotics工具箱对仿人机械臂进行正运动学仿真,得到连续平滑的关节角度规划曲线和腕部笛卡尔空间轨迹。仿真结果表明,设计的仿人机械臂结构参数合理,为仿人机械臂的优化设计提供了依据。     

基于MATLAB的六自由度机器人轨迹规划与仿真

为实现机器人在工作中运行平稳、轨迹光滑连续,以六自由度工业焊接机器人为研究对象,提出应用五次多项式对各个关节进行轨迹规划的方法。根据建立的机器人运动学模型,运用MATlAb求解出机器人逆运动学问题,完成轨迹规划并进行图形仿真。仿真结果表明,五次多项式方法有效解决了加速度不连续的问题,得到了各个关节连续平滑的轨迹曲线,直观地验证了轨迹规划的效果,提供了一种高效可行的轨迹规划方法。     

基于ADAMS的六自由度关节型搬运机器人运动学仿真分析

运用D—H方法建立机器人运动学方程,分析正、逆运动学问题的解法。详细介绍了在ADAMS中建立机器人几何模型的过程,并对其在一个搬运周期内的运动过程进行了运动学的仿真,求出了各关节逆运动学解并分析了各运动关节的位移特性曲线。仿真结果分析表明,各关节运动易于实时控制,精度满足要求。