深海5功能水下电动机械手设计及误差分析

面向深海中小作业型水下机器人应用需求,针对水下液压机械手支持系统庞大复杂、关节直接驱动式水下电动机械手负载能力小等特点,研究设计了深海中等负载5功能电动机械手。该机械手前三个关节采用相同的电动直线缸模块进行驱动,均能实现120°范围的摆动。电动直线缸模块内部设有直线电位计进行位置反馈,以便该机械手与水下机器人组成的系统具备自主作业能力,腕转夹钳模块集成了腕转和夹钳两个功能。利用D-H法对机械手进行了运动学分析,为后续自主作业研究奠定了理论基础。通过矩阵微分法对机械手末端位置误差进行了分析,误差小于1.7mm。     

目标物体抓取机械手的设计与仿真

对机械手的整体结构进行设计,包括对电机的选型和机械臂的强度校核。运用D-H方法建立机械手的运动学方程,并对正运动学进行求解,建立机械手末端相对于基座的位姿。运用Pro/E软件建立五自由度机械手的三维实体样机模型,然后导入ADAMS软件中建立机械手的虚拟样机并进行仿真,得出关节角速度、关节力矩和末端点的位移、速度特性曲线;通过ADAMS软件仿真验证了关节电机选型计算的合理性与运动方程的正确性,为机械手的设计优化、运动控制提供数据基础。     

危险弹药机器人机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立危险弹药机器人机械手运动学模型;采用蒙特卡罗方法求解机械手末端执行器的位置向量集合;在Matlab环境下,用点云图描绘出机械手工作空间。运用Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,仿真出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证参数设计的合理性,也为进一步研究机器人的动力学、轨迹规划打基础。     

码垛机械手运动学分析

以自行研制的码垛机械手为分析对象,运用D-H法建立机械手的运动学数学模型,进行正、逆向运动学分析,分别得出了操作臂末端在基坐标系下的位置关系式和各关节的参数变量;最后根据机械手末端速度与关节变量速度之间关系分析,得出机械手的雅可比矩阵和逆雅可比矩阵.     

基于小脑模型关节控制器的水下机械手复合运动控制的研究及仿真

水下机械手系统是一个高度非线性强耦合的作业系统,作业环境非常复杂且受到强干扰.考虑水动力对水下机械手的作用,推导了水下机械手的动力学模型;提出了一种基于小脑模型关节控制器与PID的复合控制算法,使水下机械手具有在线学习能力,能适应复杂的水下作业环境.以二关节水下机械手为例,利用MATLAB/Simulink对水下机械手的作业控制进行了仿真研究,结果证明,该控制方法和动力学模型可以有效地用于水下机械手的控制研究.     

机械臂操作受限柔性负载的动力学建模及仿真

针对机械臂操作受作业环境约束柔性负载,约束力、负载变形不易控制等问题,基于变形旋量理论,结合拉格朗日方程建立了机械臂操作受限柔性负载系统的动力学模型。首先,将系统分解为刚性机械臂与柔性负载两个子系统,分别建立了其动力学方程。然后,根据柔性负载与环境约束力及机械臂末端执行器的约束关系,推导了系统的运动方程。在给定机械臂的运行状态及环境约束力或给定机械臂各关节驱动力矩及负载末端的期望轨迹的情况下,分别推导了系统的逆动力学模型与正动力学模型。最后,通过三自由度(DOF)机械臂操作受限柔性梁进行了仿真,验证了该方法的有效性,并对系统的动力学特性进行了分析。     

基于ADAMS六自由度机械手的动力学分析与仿真

采用拉格朗日方法建立了一种六自由度机械手的动力学模型。利用Pro/E软件建立机械手的三维模型,将其导入到ADAMS软件中进行动力学仿真,得出各个关节的力矩、速度、加速度和各关节转角的关系曲线,为机械手控制的研究奠定基础。     

基于递推算法的水下机械手静力学分析

当机器人的机械手通过与末端连杆相连的手爪推动物体或支撑负载时．或者在考虑机械手自身结构设计时，都需要分析机械手在静态下的力或力矩平衡问题，也就是要确定为了维持平衡时机械手的各个关节必须给出的力或力矩。文中以具有规范杆的SIWR-Ⅱ型水下机械手为研究对象，通过统一坐标的建立给出了该机械手的运动学方程．基于连杆静力分析，用关节力矩递推算法计算SIWR-Ⅱ型水下机械手的各关节力和力矩、利用Matlab计算，表明该方法有效可行．可供相关研究人员参考。     

三杆柔性机械手运动学分析及仿真研究

在平面内运动的三杆柔性机械手运动学方程的建立是对其动力学分析和进行准确控制的基础.应用浮动坐标系,矢量法和D-H变换矩阵法建立了机械手的运动学模型,通过机械手各构件关节变量求解出机械手末端执行器的笛卡尔坐标空间位姿.使用Matlab软件对机械手末端运动轨迹和角度变化等进行了仿真实验,证明了柔性机械手弹性变形在空间准确定位中的影响,提出了一些减小误差的方法,为进一步研究柔性机械手较为精确的动力学和控制模型奠定了良好的基础.     

一种六自由度机械手的结构设计

在MATLAB中构建机械手的DH模型,计算并验证了机械手的正解。在CATIA三维模块中建立了六自由度机械手的模型,设置好材料,计算出各关节负载,利用ANSYS静力学仿真,验证了机械手壳体自身的强度。将模型导入ADAMS中,进行动力学仿真,通过五次多项式插值算法规划机械手的末端运动轨迹,计算出每个关节相应的力矩和转速,为电机选型提供了依据。     

The effect of base replacement on the dynamic load carrying capacity of robotic manipulators

The problem of establishing the load carrying capacity of mobile base manipulators operated by limited force or torque actuators is presented. It is shown the maximum allowable load on a given load trajectory, is a function of base position. The load workspace is defined as the union of places where the base can be located on them and it carries a load by the manipulator on a desired trajectory. The load workspace is discretised into some grid points, and the base is positioned on each grid point. The recursive Newton-Euler method is used to compute the dynamic effects of the load and manipulator on each joint actuator, then the load carrying capacity of the mobile manipulator at each base location is computed by considering the manipulator joints and actuator torque constraints. By applying a simple procedure, a smaller subspace of the load workspace is selected, so that the load carrying capacity is near to a maximum. This procedure is repeated until the optimum base location is found so that the load carrying of the manipulator is a global maximum in the load workspace for the desired dynamic trajectory. Finally, the effect of base mobility on optimising the dynamic load carrying capacity for different robotic arms is investigated in separate case studies.     

正交增力离心式离合器

介绍了两种采用正交增力机构的离心式离合器--铰杆增力离心式离合器和斜楔增力离心式离合器,说明了其工作原理,给出输出力和输出转矩、接合角速度和接合转速、额定角速度和额定转速、弹簧最大工作载荷的计算公式,并比较其技术性能.正交增力离心式离合器结构紧凑,制造成本较普通离心式离合器增加甚微,但输出转矩的能力显著提高.     

Research on parallel load sharing principle of piezoelectric six-dimensional heavy force/torque sensor

In working process of huge heavy-load manipulators, such as the free forging machine, hydraulic die-forging press, forging manipulator, heavy grasping manipulator, large displacement manipulator, measurement of six-dimensional heavy force/torque and real-time force feedback of the operation interface are basis to realize coordinate operation control and force compliance control. It is also an effective way to raise the control accuracy and achieve highly efficient manufacturing. Facing to solve dynamic measurement problem on six-dimensional time-varying heavy load in extremely manufacturing process, the novel principle of parallel load sharing on six-dimensional heavy force/torque is put forward. The measuring principle of six-dimensional force sensor is analyzed, and the spatial model is built and decoupled. The load sharing ratios are analyzed and calculated in vertical and horizontal directions. The mapping relationship between six-dimensional heavy force/torque value to be measured and output force value is built. The finite element model of parallel piezoelectric six-dimensional heavy force/torque sensor is set up, and its static characteristics are analyzed by ANSYS software. The main parameters, which affect load sharing ratio, are analyzed. The experiments for load sharing with different diameters of parallel axis are designed. The results show that the six-dimensional heavy force/torque sensor has good linearity. Non-linearity errors are less than 1%. The parallel axis makes good effect of load sharing. The larger the diameter is, the better the load sharing effect is. The results of experiments are in accordance with the FEM analysis. The sensor has advantages of large measuring range, good linearity, high inherent frequency, and high rigidity. It can be widely used in extreme environments for real-time accurate measurement of six-dimensional time-varying huge loads on manipulators.     

电控液磁增力离心式离合器

介绍了采用液压及电磁增力的离心式离合器,说明了其工作原理,给出输出力和输出转矩,接合角速度和接合转速,额定角速度和额定转速以及弹簧最大工作载荷的计算公式。其结构紧凑,输出转矩的能力提高非常显著。将离合器的工作作为子系统纳入设备电控系统综合考虑,根据设备工作需要及状态,实现离合器最佳起动时间与起动时刻的自动控制,是离合器的研制发展方向。     

5_DOF取皿机械臂设计与虚拟样机仿真

根据微生物培养过程中需对培养皿抓取和分拣的工作要求,设计了一款5自由度小型机械臂,通过UG软件建立其三维模型。利用D-H法建立其连杆坐标系并作运动学分析。采用MATLAB建立机械臂数学模型并对其工作空间进行分析与验证。将该三维模型导入到ADAMS软件中进行运动学/动力学仿真分析,得出机械臂各关节角速度、力矩等参数曲线,仿真结果可为该机械臂的物理样机制造与取放皿操作实验提供参考。     

6－UPS型并联机构的刚体动力学模型

建立了6－UPS型并联机构的动力学模型。为了能使动力学模型包含所有构件的重力和惯性力,以6－UPS并联机构的支链为研究对象,运用D－H方法建立了各构件的坐标系,推导了支链的运动学反解的解析方程,并给出了各个构件的速度、加速度与动平台的速度、加速度的映射关系。然后用牛顿－欧拉方法推导了6－UPS并联机构的动力学模型,为支链中各个构件支反力的求解和整个机构的动力学分析奠定了基础。最后以并联机床为例,运用动力学模型进行了实际计算并绘制了连杆驱动力的变化曲线。     

铰杆增力式离心离合器的工作原理与设计

介绍一种新型离心离合器－－铰杆增力式离心离合器的工作原理,给出了其输出力和输出转矩、接合角速度和接合转速、额定角速度和额定转速、弹簧最大工作载荷的计算公式。镒杆增力式离心离合器的制造成本,较同样结构重量但没有增力机构的普通离恼离顺增加甚微,但输转矩的能力显著提高。     

Torque sensor calibration using virtual load for a manipulator

Accurate load sensing of a manipulator becomes increasingly important in performing various tasks involving contact with an environment. Most of the research has been focused on improving the hardware of a force/torque sensor. The torque sensors for a manipulator suffer from crosstalk, which is difficult to compensate for even with sophisticated calibration. This research proposed a novel calibration method composed of two steps. Through the primary calibration, the torque sensor output can be related to the joint torques. The secondary calibration, which is based on a virtual load, is conducted to compensate for the crosstalk of a torque sensor. The virtual load is obtained from the sensed joint torques and manipulator configuration. Using the proposed calibration method, the external load acting on the end-effector of a manipulator can be accurately measured even with relatively low-quality torque sensors. The experimental results showed that the error in the load sensing was significantly reduced by the proposed calibration method.     

轻量级电驱水下机械臂设计与运动学分析

设计了一款四功能水下机械臂，并对驱动关节进行了模块化设计和密封测试。为了保证水下机械臂的可靠性，在水下机械臂水下测试前，进行了强度校核和模态分析。为了验证水下机械臂的性能，通过 Ｄ- Ｈ法建立了其运动学模型，在此基础上分别进行了正、逆运动学分析。此外还采用蒙特卡洛法，在正运动学分析的基础上研究了工作空间特点。研究结果将为进一步的运动控制提供有益的帮助。