基于AVR平台的六自由度仿人机械手臂控制算法研究

传统机械手臂各关节常用电机来驱动,其驱动系统较为复杂,设计难度较大。提出以AVR为控制平台,以舵机作为机械臂各关节驱动,并着重介绍了基于舵机特有的工作方式而提出的一种可以对该机械臂各关节运动速度、方向和运动量进行控制的算法。该算法同时还具备可扩展性等优点,即可以对由舵机驱动的更多自由度的机械手臂进行实时控制。     

六自由度机械臂的动力学仿真及控制

介绍了一种六自由度机械臂装置,分析了六自由度机械臂的基本理论知识,在SolidWorks软件中建立了六自由度机械臂的模型。然后将模型导入ADAMS中,建立动力学仿真模型,通过对机械臂各部件运动的仿真分析,得出每个关节达到指定转速所需力矩,从而为各关节电机的选型提供依据。最后使用MATLAB与ADAMS进行联合仿真,在Simulink中建立控制方案,实现对机械臂各关节角的精确控制,为六自由度机械臂的发展提供设计参考及依据。     

冗余空间机械臂的运动学和笛卡尔阻抗控制方法

为了能让七自由度空间机械臂在空间站外壁换位行走,需要在对接的过程中能够自动控制机械臂接触力以确保其在安全的范围之内。介绍了七自由度空间机械臂的运动学计算方法,采用二次计算法求得其逆运动学解。提出了基于安装在空间机械臂末端六维力传感器反馈的笛卡尔空间阻抗控制方法,将逆运动学解转化到关节空间的位置内环进行位置控制,经Simulink仿真优化参数后在空间机械臂上进行了调试实验,结果表明,力的控制效果柔顺。     

机械臂运动轨迹在线控制系统设计与研究

针对多自由度机械臂系统,基于单片机设计了机械臂运行轨迹控制系统,该系统包含上位机、主控面板及机械臂舵机控制板等部分,通过光电编码器及位移传感器捕捉机械臂的实时位置信息,基于Arduino舵机扩展板、D-H理论搭建机械臂结构模型,实现机械臂多自由度控制。由试验结果可知,所设计系统可更为精准的控制机械臂运动轨迹,且具有良好的运行稳定性和可靠性。     

六自由度水下机械臂设计与分析

为了解决有缆水下机器人(ROV)上搭载的机械臂作业范围不大、水下作业能力有限的问题，对六自由度(6-DOF)水下机械臂进行了研究，设计了一种带有平动开合功能夹持手爪的六自由度水下机械臂，实现了主手对从手的关节驱动器(液压缸或摆动缸)进行位置控制的目的。首先，基于多目标优化规则对夹持手爪进行了计算，求解出液压缸最短行程在20 mm时即可实现手爪的120 mm平动开合范围目标；然后，建立了六自由度机械臂活动关节的D-H数学模型，对机械臂的正、逆运动学进行了求解；最后，采用Solid works软件对设计的机械臂进行了干涉检查，并利用MATLAB软件仿真分析了6个活动关节的运动轨迹，采用蒙特卡洛法求解了机械臂的工作空间范围，并进行了样机测试和水下实验。研究结果表明：机械臂的仿真模型位姿与三维模型位姿一致，机械臂的6个活动关节速度和加速度曲线都是光滑平顺的、无突变点，不存在超调现象；设计的六自由度水下机械臂夹持手爪可以按照预定指令进行120 mm开合运动，ROV上的从机械臂能够跟随主机械臂运动，加减速性能良好，各关节转角范围满足设计要求，可为下一步机械臂的结构优化奠定基础。     

六自由度机械臂的动力学参数辨识

针对六自由度机械臂的动力学参数较多,一般需要多次辨识,且辨识精度有限问题,提出一种六自由度机械臂动力学动力学参数的一次性辨识方法。首先将六自由度机械臂的前后三个关节分为两部分,采用遗传算法分别优化设计激励轨迹信号,并进行动力学参数的一次性整体辨识,充分考虑了关节之间的耦合作用,消除了由于多次辨识实验所带来的实验条件不一致的误差。然后利用最小二乘法确定辨识参数的初值,避免了初值取值不当所带来辨识精度有限的问题。最后,通过设计动力学参数辨识实验,验证了所提方法的有效性。     

基于SimMechanics的六自由度机械臂运动算法验证

建立了基于SimMechanics模块的六自由度机械臂离线仿真平台,创建了机械臂模型,并在虚拟环境下根据六自由度机械臂末端的运动轨迹规划,通过逆运动学模型得到了各个关节角度数据,将其发送给伺服电机,从而驱动各个关节,使机械臂能够按照预期轨迹运动。通过离线仿真,证明了机械臂运动规划算法的正确性。     

六自由度上料机械手控制系统的设计与测试

为了对自动化生产线上料工位的六自由度机械臂进行控制,在IAP15W4K58S4单片机最小系统的基础上设计了机械臂控制电路,主要包括电源接口电路、程序下载电路和无线信号收发电路.采用模块化程序设计思路,编程实现了A/D转换、串口通信、舵机脉宽调制控制等功能.利用Proteus进行了脉宽调制控制程序仿真,通过正交试验对机械...     

一种六自由度串联机械臂的研制

设计了一款六自由度串联机械臂,并对其机械结构与控制系统进行了详尽的论述。机械臂采用关节式的结构,工作灵活,可达空间大;基于PMAC多轴运动控制器搭建了切实可行的运动控制方案,控制系统具有很好的实时性和可扩展性。实验结果表明研制出的机械臂各关节运转良好,控制系统稳定、可靠,达到了设计目标。     

模块化机械臂轨迹规划算法仿真研究

基于Open GL模块化机械臂三维仿真模型,阐述了竖直六自由度、悬挂六自由度以及竖直七自由度等多种模块化机械臂的运动学求解,实现了三次多项式、五次多项式、BDJP等多种插补算法,完成了在笛卡尔空间层中以直角坐标路径控制和以BDJP法实现圆弧轨迹插值控制。另外,在模块化机械臂实验平台上,针对各种运动学求解算法编写了验算程序,完成了竖直六自由度同步在线控制、悬挂六自由度指令控制走"中"字和圆等实验,证明了算法的正确性和精确性。     

基于弹性关节的二自由度机械臂建模与控制研究

针对传统弹性关节存在的问题,提出了一种新的弹性关节,并在此基础上设计了一款二自由度机械臂。首先,对基于优化后的弹性关节系统进行了数学模型分析,进而给出了可靠的控制方式;然后,以弹性关节为基础,提出了二自由度机械臂的机械结构设计和位置控制算法,并给出了机械臂样机,采用双回路控制方案设计了机械臂的控制算法;其中,内环采用模型参考自适应控制器(MRAC)来处理系统参数的不确定性,外环采用模糊比例积分控制器(FPIC)来减小外部扰动对负载的影响;最后,为了验证该控制算法对弹性关节以及机械臂的适用性,利用MATLAB对二自由度机械臂系统进行计算仿真实验。研究结果表明：所提出的控制器概念具有响应速度快、误差小的优点,且当存在外部干扰时,FPIC-MRAC控制器的响应明显优于PID控制器,控制器能够很好地保持机械臂系统的稳定;该结果验证了此控制算法的有效性。     

六自由度机械臂轨迹规划的研究

为对六自由度机械臂进行轨迹规划,首先确定对六自由度UR10机械臂进行运动学建模,以齐次变换表述机械臂位姿,在此基础上采用D-H参数法对该机械臂进行位姿分析,并建立UR10机械臂运动学的数学模型。通过MATLAB机器人工具箱建立模型并对其进行仿真研究,得到其关节位置、速度及加速度的变化图和末端轨迹,最后通过五次多项式插值的方法对关节空间进行轨迹规划。仿真结果表明:所建立机械臂模型运行平稳,模型建立正确。     

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。     

7自由度冗余绳驱动机械臂运动分析及仿真

针对传统机械臂负载自重比小、臂身惯量大、人机交互安全性弱等问题,对绳驱动机械臂的结构、绳驱关节耦合、冗余运动学等方面进行了研究,创新设计了一种新型7自由度冗余绳驱动机械臂。采用绳索间接驱动前端4个关节自由度,作为位置控制;采用电机直接驱动腕部关节3个自由度,作为姿态控制。利用绳索将驱动力从基座电机传递至机械臂关节处,实现驱动机构后置;对绳驱关节耦合问题进行分析,建立了电机-关节耦合映射关系;利用位姿分离方式,结合加权最小范数法,进行机械臂逆运动学冗余位置求解。仿真结果表明:耦合映射关系建立正确,冗余运动学求解准确高效,为绳驱机械臂结构优化、动力学建模奠定了基础。     

基于MATLAB的KUKA机器人运动学分析与仿真研究

以一种应用于飞机燃油补给的加油机器人为研究背景,对实验室的六自由度机械臂进行研究。首先确定其D-H参数,采用仿真模块建立机械臂运动学模型,分析其正、逆运动学问题并仿真验证;然后根据其关节角范围利用蒙特卡洛法分析机械臂可达工作空间;最后在关节空间对机械臂进行轨迹规划,得到运动中各关节位移、速度、和加速度的变化。通过分析得出仿真是可行的,对下一步研究机器人实体控制具有重要的意义。     

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°。     

基于能量模型的柔性关节机械臂参数辨识方法

对关节动力学模型和机械臂能量模型进行了介绍,基于能量模型,提出了柔性关节机械臂参数的辨识方法。这一方法通过建立能量输入与机械臂动力学参数的线性化关系,由最小二乘法实现参数辨识。应用这一方法在六自由度柔性关节机械臂上进行动力学参数辨识试验,验证了方法的有效性。     

绳驱7自由度仿人机械臂设计及其刚度建模与性能分析

针对传统绳驱机械臂刚度小、末端精度低等问题，研制了一种同时具有轻质量、低惯量和高刚度、高精度特点的绳驱7自由度仿人机械臂系统。采用模块式思想，将整个机械臂分为肩部、肘部、腕部三部分，分别设计了基于闭环绳索驱动的单自由度肘关节和3自由度肩、腕部关节，在运动副上配置编码器用于检测关节位置，有效提升了关节控制精度。建立了“驱动空间-关节空间-任务空间”多重运动学模型，分析了肘部拮抗关节和腕部耦合关节的运动规律，简化了运动传递关系、提高了传动精度和效率。推导了机械臂关节的等效刚度表达式，分析了不同关节角下的刚度特性。最后，针对所研制的绳驱7自由度仿人机械臂开展了样机的关节刚度测试、末端精度测试、负载测试等性能测试。实验结果表明，设计的绳驱机械臂具有运动灵活、定位精度和刚度高等特点。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真研究

针对六自由度机械手臂的运动学分析问题及其工作可靠性的探究,设计开发了一套基于OpenGL的六自由度机械臂仿真软件.采用D-H参数法构建机械臂模型,对六自由度机械手臂进行了正、逆运动学分析,求解得到机械臂的正逆解.研究设计了机械臂的空间直线和圆弧插补算法,实现了机械臂在三维空间中按照目标轨迹的可靠运动.在VS2017软件...     

六自由度柔性关节机械臂的动力学分析

大多数的机器人都是在刚体动力学假设的基础上进行运动控制设计的,因此其在实际操作中的精度和效率受到一定的限制,而柔性机械臂可以很好地解决此类问题。首先给出了六自由度的柔性关节机械臂的简化模型,利用拉格朗日方法建立其动力学方程;然后以单自由度柔性关节机械臂为例,基于神经网络反演法对其控制率进行了设计;最后基于Simulink验证了控制器设计的有效性。