四足步行机器人逆运动学分析

对四足机器人进行了步态规划,并推导出其逆运动学方程,基于MATLAB建立其运动学模型,以末端轨迹作为输入曲线,得到各关节运动变化曲线.然后,将关节运动变化曲线作为机器人虚拟样机的驱动信号,可使机器人按照规划步态进行运动.研究结果验证了理论分析的正确性,为多足步行机器人运动控制分析提供了理论基础.     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

新型三自由度搬运机器人关键技术

针对从事机床上下料等工作的SCARA机器人,其电机和减速装置靠近执行末端,造成占用空间大、能效低的问题,设计一种新型三自由度搬运机器人,该机器人将前两关节的驱动装置集中于基座。基于这种新型构型,采用D-H法建立该机器人运动学模型并进行运动学分析,采用修正梯形模式的速度、加速度和位移方程进行轨迹规划,利用Solid Worlks软件建立新型三自由度搬运机器人的三维结构模型。制作简化的机器人模型和机器人实体,分别进行点到点运动比较试验和机床上下料的搬运试验。结果表明:该三自由度搬运机器人的结构设计有效降低了末端质量,增大了操作空间;且满足搬运、分拣等功能要求。     

基于SimMechanics的工业机器人刚度分析

提出了一种利用Matlab/Sim Mechanics工具箱建模仿真的方法,根据机器人关节刚度与操作刚度的映射模型,分析工业机器人的刚度性能。为了在分析工业机器人刚度参数时规避奇异点,首先建立运动学仿真模型,通过跟踪工业机器人末端的轨迹,计算出机器人的工作空间;再建立施加负载的仿真模型,通过传感器模块输出位置坐标,并得到末端变形量,从而得出机器人的刚度参数;最后通过刚度指标与各个关节角度的关系,分析各个关节对刚度的影响程度。这种方法克服了传统方法对机器人进行运动学正、反解求解的弊端,同时避免了利用极限理论编程运算的复杂。     

仿人假手柔性食指机构研究

针对仿人假手抓取物体欠柔性问题,从提高假手操作灵活性、手指柔性角度,设计欠驱动多自由度柔性食指机构,并进行手指运动学分析和工作空间分析.研究建立了食指机构的简化模型,假手的食指由一个独立的电机带动,采用钢丝绳合并连杆机构驱动,并基于运动学分析了食指机构.结果表明:在选取适当手指机构尺寸及各关节的转角范围后,获得了指端的工作空间及相对于手掌的位置;手指关节内加入扭簧,抓取物体时,假手表现出良好的柔性和形状自适应性.     

乒乓球机器人手臂及其击球策略

为了实现机器人自主完成击打乒乓球的操作,构建了由双目视觉摄像头、嵌入式中控、六自由度机械臂、视觉处理计算机和监控计算机等组成的乒乓球机器人系统．灵巧臂采用关节模块化设计方法,共有6个自由度,集成有关节位置、电机位置、关节力矩、驱动电流及温度等多种传感器．采用模块化、多层次的手臂电气结构,基于FPGA(field programmable gate arrays)实现关节的通讯、电机驱动、传感器信息采集与处理等功能．中控处理器实现击打策略、机械臂正逆运动学、轨迹规划等,采用Intel Core II双核嵌入式CPU作为控制核心,以FPGA作为通信逻辑控制芯片．采用系统辨识方法预测乒乓球的轨迹,通过采集多个点,有效地减少偶然误差,提高预测精度．以预测的轨迹方程、乒乓球机器人的工作空间为基础,确定击球点的位置、姿态及速度;在机械臂的任务规划中,采用多个点、多个运动过程约束手臂末端的运动路径,提高击球成功率．击球实验证明了机器人系统及控制策略的有效性．     

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.     

新型6-PRRS并联机器人运动学和动力学研究

利用旋量理论和指数积方法求解了6-PRRS并联机构主动关节与被动关节的位置逆解。根据该并联机构的输入输出映射关系,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法。提出一种解决新型6-PRRS并联机器人逆动力学问题的系统方法,采用Lagrange法建立并联机器人的刚体动力学关系,应用虚功原理最终获得动力学模型。解决了6-PRSS并联机器人一系列运动学和动力学问题,这些方法具有一定的通用性,适用于类似并联机构的分析与研究。     

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.     

空间平行四边形索环牵引并联机器人 设计与仿真分析

基于高层建筑物外墙面维护与定期清洗的实际需求,提出一种6索牵引承载机构的并联机器人设计方案.采用空间平行四边形结构构造索环,并采用4个电机驱动6根绳索,实现承载机构在水平和垂直两个方向的运动要求;建立了索环牵引并联机器人的运动学模型;分析了6根索的长度变化规律.该研究为实现索环牵引并联机器人的运动控制奠定了一定的理论基础.     

多关节机器人的自适应阻抗控制研究

为了对动车组侧窗玻璃安装机器人末端接触力进行控制研究,在阻抗控制的基础上,提出了一种多关节机器人自适应阻抗控制算法,该算法能实现机器人末端接触力准确跟踪期望力。以PUMA560机器人前三关节为对象在接触空间进行仿真研究,仿真结果表明,基于自适应阻抗控制方法能很好地对动车组侧窗玻璃安装机器人的位置和力进行跟踪。     

一种通用机器人单片机控制器

介绍一种通用性较强的单片机控制系统,可以通过驱动步进电机或直流伺服电机对5根轴进行联动控制,并具有足够的模拟量和开关量输入/输出端口,可以满足一般机器人的控制要求。增强的单片机功能可以用来实现智能机器人的特殊功能需要。     

基于ADAMS的七自由度机器人动力学分析及仿真

针对七自由度机器人结构特点,以拉格朗日法为理论基础建立了机器人动力学方程,并对机器人进行了动力学分析。基于ADAMS仿真软件构建机器人虚拟样机模型,对七自由度机器人进行了动力学仿真,获得了各个关节驱动力矩的函数曲线,验证了模型设计的合理性。基于MATLAB软件对动力学模型进行数值分析,绘出其力矩曲线,并与ADAMS仿真曲线进行对比,验证理论计算的正确性。为机构设计提供数据和结构方面的参考,为进一步研发7自由度机器人设备提供可靠有力的依据。     

基于ADAMS的六自由度焊接机器人运动学分析及仿真

针对六自由度焊接机器人结构和运动特点,以机器人的D-H矩阵为理论基础建立机器人的运动学方程。同时,基于ADAMS仿真软件构建机器人虚拟样机模型,通过设置相应的仿真环境,给出机器人末端执行器中心X,Y和Z方向的位移、速度和加速度数据曲线图并进行测量、分析和评估。仿真结果表明,由机器人6个关节运动而引起的机器人末端位移、速度和加速度曲线变化平稳,无突变现象,从而也验证了结构设计的合理性,为机器人控制系统的优化设计提供了依据。     

管道机器人弯道处驱动力研究

弯道是管道机器人经常遇到的一种障碍,与在直管内行走相比,在弯道处无论是对机器人本体结构和行走方式还是对机器人驱动性能都提出了不同的要求.在管道机器人弯道通过性研究的基础上,对轮式全主动驱动管道机器人在弯道处驱动力的变化以及诸多方面影响因素进行了虚拟实验分析,为是管道机器人弯道自主行走驱动力设计准则提供了数值基础.     

Anti-Dropping Technology of Four-Wheeled Throwing Robot

Within the fields of reconnaissance and surveillance, there is an ongoing need to obtain information from areas that are hard to reach or unsafe to enter. Thus, using robots with high performance in detecting obstacles is advantageous in these situations. The anti-drop impact design is one of the challenges facing the design of the throwing robots. In this present study, the drop model of the four-wheeled mobile robot is established, while the response of the model under shock impact is analyzed. Using the response of the model, we can obtain relationships between the maximum compression displacements of the wheels and the maximum acceleration of the robot, the drop height of the robot, the natural frequency of the impact response. Using the relationship between the maximum stress, the maximum deformation of the shell and the thickness of the shell, we can obtain the maximum acceleration of the robot. According to the relationships between the parameters, the optimal design parameters for the anti-dropping capability of the robot are chosen. A finite element model was established with Abaqus and a free fall from a height of 6 m to the solid ground was tested. The results show that the optimized structure can survive from the impact with solid ground from a free fall at a height of 6.m.     

基于Bezier曲线的四足机器人Trot步态优化

为实现四足机器人的稳定行走,需要对其足端轨迹进行合理规划。首先,以Bezier曲线为基础,规划四足机器人的足端轨迹,并依据足端轨迹约束条件对足端轨迹进行优化;其次,通过多组对比实验确定出最优的一组控制点坐标,设计四足机器人的足端轨迹,并找到最佳的步长和抬腿高度组合;最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真平台进行仿真实验,与应用复合摆线规划的足端轨迹在足端落地时的冲击力、质心的波动范围、机体的偏航距离、前进距离4个方面进行比较,分析四足机器人的稳定性。仿真结果表明：采用Bezier曲线规划的足端轨迹,提高了机器人运动的稳定性。     

Axiomatic design method to design a screw drive in-pipe robot passing through varied curved pipes

A screw drive in-pipe robot is promising inspection equipment for small pipes. However, most of the existing screw drive in-pipe robots have problems of motion interference and slipping inside curved or irregular pipes. These problems result from the coupled relations among the steering motion, the motion speed and the load ability of the robot. In order to deal with the problems, the axiomatic design (AD) theory is applied to evaluate and analyze the existing designs. Then an uncoupled concept design based on the AD theory is proposed and the complete AD decomposition process is presented. After that, the proposed robot based on a tri-axial differential angle modulation mechanism is designed to realize the uncoupled concept. Finally, the uncoupled property is verified in a dynamics simulation system. The simulation results indicate that the motion speed, load ability and steering motion of the proposed robot can be adjusted individually compared with the robots that have inclining-angle-fixed rollers. Owing to the uncoupled design, the proposed robot can mechanically adapt to straight pipes and curved pipes with less roller slipping.     

Harmonic reducer in-situ fault diagnosis for industrial robots based on deep learning

The harmonic reducer is an essential kinetic transmission component in the industrial robots. It is easy to be fatigued and resulted in physical malfunction after a long period of operation. Therefore, an accurate in-situ fault diagnosis for the harmonic reducers in an industrial robot is especially important. This paper proposes a fault diagnosis method based on deep learning for the harmonic reducer of industrial robots via consecutive time-domain vibration signals. Considering the sampling signals from industrial robots are long, narrow, and channel-independent, this method combined a 1-dimensional convolutional neural network with matrix kernels (1-D MCNN) adaptive model. By adjusting the size of the convolution kernels, it can concentrate on the contextual feature extraction of consecutive time-domain data while retaining the ability to process the multi-channel fusion data. The proposed method is examined on a physical industrial robot platform, which has achieved a prediction accuracy of 99%. Its performance is appeared to be superior in comparison to the traditional 2-dimensional CNN, deep sparse automatic encoding network (DSAE), multilayer perceptual network (MLP), and support vector machine (SVM).

     

基于模糊聚类的移动机器人并发故障诊断

移动机器人并发故障诊断技术大多将并发的多故障作为多种单故障组合状态处理,这样不仅需要为每种故障设计滤波器,且只能诊断特定的多故障组合.为了克服这些缺点,提出一种移动机器人多故障并发的故障诊断技术.根据移动机器人的运动模型,为每一种单故障状态设计一个对应的卡尔曼滤波器,用这些滤波器对移动机器人并发故障数据进行滤波.利用模糊聚类方法对滤波结果进行分类,根据移动机器人运行数据对不同单故障集合的隶属度诊断任意组合的并发故障.在三轮移动机器人Pioneer3上进行仿真实验,对14种常见的单故障和多故障并发的情况进行诊断,证明了该方法对轮式移动机器人并发故障诊断的有效性.