大型油罐装配位姿调整系统的运动规划方法

针对大型油罐装配组件难以精确定位问题,提出一种基于精密三坐标定位器三点支撑的装配位姿调整方法。首先将系统等效为Stewart 6自由度并联机构,并运用冗余驱动并联机构的分析方法建立系统的运动学和动力学模型,进而利用Moore-Penrose广义逆矩阵求出关节驱动力的最小范数解,然后用5次多项式,以时间为参数,对位姿变化轨迹进行拟合,最终通过二分法得到关节空间约束的最优调姿时间,从而生成相应的关节运动轨迹。仿真分析和实验研究表明该运动规划方法是有效的。     

大型刚体调姿系统最优时间轨迹规划

研究基于三坐标支撑柱的大型刚体位姿调整系统。系统可等效为6自由度冗余驱动并联机构,动平台初始位姿和目标位姿已知,而运动时间和路径不确定。为了使支撑柱运动平稳并提高调姿精度,在考虑工程实际中的关节驱动力约束和驱动速度约束的基础上,提出一种最优时间轨迹规划算法。首先运用冗余驱动并联机构的分析方法建立该系统的运动学和动力学模型,并通过Moore-Penrose广义逆矩阵得到关节驱动力的最小范数解,然后以时间为参数,运用5次多项式拟合调姿物体的位姿变化轨迹,再通过二分法求解出满足关节空间约束的最优调姿时间,从而生成相应的关节运动轨迹。仿真结果表明算法只需经过较少次迭代就能获得理想的调姿运动轨迹。总之,该轨迹规划方法是有效的。     

基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

机械手时间最优脉动连续轨迹规划算法

为使机械手的作业效率达到最优,同时确保运动的平稳性,提出一种新的最优轨迹规划方法。通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列,采用7次B样条曲线插值方法构造启动和停止运动参数可控,且速度、加速度和脉动均连续的关节轨迹。将机械手运动学约束转化为B样条曲线的控制顶点约束,采用序列二次规划方法求解最优运动时间节点,进而规划出满足非线性运动学约束的时间最优脉动连续轨迹。仿真和试验结果表明,提出的轨迹规划方法为关节控制器提供理想的轨迹,使机械手在最短的时间平稳地跟踪任务空间的任意指定轨迹。     

面向筒类舱段自动装配的两点定位调姿方法

为解决航天器数字化对接装配中的调姿问题,提出了两点定位调姿法：通过改变对接舱段上2个关键点的位置来实现舱段空间位姿的调整,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿轨迹规划并约束舱段的运动参数,确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳快速地完成对接任务。该方法简化了调姿算法,采用串联机构即可满足调姿算法要求,避免了多轴协调控制,降低了控制难度。利用ADAMS对所提出的方法进行仿真验证,通过两点定位调姿法调整对接舱段可使其到达目标位姿,位移、速度、加速度轨迹光滑连续,同时满足各边界约束条件,调整后舱段姿态与目标坐标值最大偏差为-0.08 mm,调整过程中最大加速度为10 mm/s2。仿真结果表明,两点定位调姿法可满足筒类舱段数字化装配调姿的精确性、稳定性和高效性要求,有助于实现筒类舱段调姿过程的自动控制。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。     

一种六自由度调姿机构的运动学与误差分析

在非晶带材的生产中,喷嘴包相对于固定的冷却辊的位置和姿态是决定非晶带材质量的关键因素。为了对喷嘴包进行位置和姿态的调整以满足工作要求,因此设计了一种具有串并联特征的六自由度调姿机构。通过D-H法建立了调姿机构的运动学模型,进行了正向、逆向运动学求解,得到末端的位姿矩阵和调姿机构的逆解公式,为调姿机构的位姿调整提供了依据。通过对调姿机构进行位姿的误差分析和灵敏度分析,得到调姿机构末端的位姿误差仿真曲线和各运动参数对位姿误差的灵敏度大小,为提高喷嘴包调姿机构的精度提供了重要的理论依据。     

基于人工生命算法的并联机器人最优轨迹规划

基于机器人直纹面概念和人工生命算法,提出一种并联机器人位姿轨迹最优规划方法.应用计算几何中的三维直纹面生成原理,对机器人末端执行器的位置和姿态进行统一描述.考虑到机器人姿态直纹面面积及其变化率能够反映和评价机器人的运动学和动力学性能,通过求解等效角位移矢量在空间的运动轨迹形成的三维直纹曲面面积及其变化率,并将其作为泛函的泛函极值,同时考虑运动时机器人的灵活度,建立机器人位置和姿态轨迹优化的数学模型.采用人工生命优化算法对代表并联机器人位姿轨迹的高阶参数化空间曲线的参数进行优选,通过优化轨迹直纹曲面面积及其变化率和机器人的灵巧度,使并联机器人具有良好的运动学和动力学性能.最后以一三自由度球面并联机器人轨迹规划实例,验证所提出方法的可行性.     

一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何法

针对五自由度机械臂自由度不足而导致的基于笛卡尔空间轨迹规划产生的目标末端位姿,可能不存在运动学逆解的情况,提出了一种基于自由度约束的末端位姿描述,并根据该位姿描述得出了一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何方法。该方法基于机械臂模型的几何特性,通过将轨迹规划和运动学逆解2个阶段进行一定程度的结合,确保了轨迹规划得到的目标末端位姿的运动学逆解的存在性。通过仿真实验分析,证明了该方法的可行性与精确性。     

65m射电望远镜天线副面调整机构标定研究

结合65m天线副反射面位姿调整任务要求,研究天线副反射面调整机构的标定问题。制定出副面调整机构标定流程与方案,利用激光跟踪仪测量机构动平台位姿,根据运动参数的实测信息,由并联机构学理论构造误差函数,并以误差函数最小化为目标进行机构运动学参数辨识;开发完成标定算法,对副面调整机构进行运动学标定,求解获得满足预期精度要求的结构参数,并对机构参数进行补偿。面向工程实际任务开展标定研究,研究结果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。     

基于边界搜索法的4UPS-UPU并联机构工作空间分析

设计了一种4UPS-UPU并联机构,通过矢量代数法求解该并联机构运动学逆解,给出关节变量与末端位姿间的映射关系.采用边界搜索法分析并联机构定姿态时的工作空间,获得工作空间的三维图形,计算工作空间大小.研究该并联机构的支链长度、动静平台半径和运动副转角等结构参数和运动参数对其工作空间大小的影响,为机构的参数优化及轨迹规划提供理论依据.     

双SCARA机器人运动学及奇异性分析

提出了一种可用于微小零部件装配作业的新的双SCARA并联机器人,该机器人有三个自由度:两个平动和一个转动。建立了双SCARA并联机器人的运动学正解模型,推导出了可用于奇异位形判别的机构雅可比矩阵。在给定几何参数的前提下,根据机器人雅可比矩阵的行列式数值是否为零对该平面并联机器人进行了奇异性分析,在Mathematica9.0中编制了奇异性分析程序,利用关节变量得到了反映机器人奇异位形的奇异性曲面。研究为该并联机器人的轨迹规划,机构优化以及工作空间优化提供了技术基础。     

基于最优测量结构选择的机械臂参数标定

测量仪器会产生随机误差,针对其引起测量位姿"再现"运动学参数误差能力差的问题,提出了一种基于最优测量结构选择的六自由度机械臂结构参数标定新方法。首先推导了相对于基坐标系的机械臂末端位置误差模型,然后采用一种基于任务优先级的机械臂轨迹规划方法,以轨迹点的期望位置与标定后实际运动位置间的最大误差优化到最小为目标,选择了最优测量结构组。最后搭建了运动学参数标定实验平台,分别利用选择的随机和最优测量结构组辨识参数误差,并对规划点进行了补偿。通过对比分析标定前后3个坐标轴方向的位置均方根误差、合成位置误差及合成均方根误差可知,采用最优测量结构组标定的结构参数更为有效地提高了机械臂的末端定位精度。     

基于ADAMS的平动机构运动轨迹的规划与验证

应用ADAMS虚拟样机软件创建了一种三自由度平动并联机构的模型,利用矢量法求解了这个机构的运动反解.预设该机构的末端执行器的运动轨迹,经过逆向仿真,得出主动臂的转角变化数据曲线.再应用ADAMS软件的后处理模块将数据曲线转化成样条曲线,利用样条插值函数将样条曲线转化成可输入的数据函数.当在机构主动臂上输入数据函数转角,末端执行器就会按照预设的轨迹运动.同时进行了正向仿真,得到末端执行器的运行轨迹与预设的运行轨迹基本一致.轨迹规划代替了大量的位置正反解运算,解决了理论求解多解取舍问题.在设计末端执行器的运行轨迹和对其它并联机构的运动分析时有借鉴意义.     

带双目视觉的SCARA机械臂运动学分析及轨迹规划

为了解决SCARA机械臂因目标位姿变化而引起抓取任务失败问题,给出了一种基于机器视觉目标检测与定位的机械臂控制方法。通过双目相机成像模型实现坐标系之间的转换,利用计算机视觉识别及三维匹配方法,达到对目标物体定位的目的,从而确定机械臂末端执行器的期望位置。结合使用D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过运动学方程的逆解,得到末端执行器到达期望位置时机械臂各驱动关节的变量参数,然后对其进行轨迹规划仿真,得到了连续且平滑的各关节位移、速度、加速度变化规律曲线,同时使用SCARA机械臂进行装配实验。实验结果表明该系统能够准确、稳定地把物体放到目标位置,完成装配任务,从而为开发机械臂运动控制系统提供重要的参考。     

基于非均匀B样条曲线的挖掘机最优时间轨迹规划

为了实现挖掘机器人平稳、高效率地完成给定挖掘任务,提出了非均匀B样条曲线的轨迹规划方法。利用3次非均匀B样条曲线,在关节角速度、角加速度和角加加速度的约束条件下,在关节空间对挖掘机进行轨迹规划。采用自适应粒子群优化(APSO)算法求取插值时间的最优值,优化得出各个关节角度的最优时间曲线,从而得到末端挖掘轨迹,在相同的约束条件和优化方法下,采用5次非均匀B样条关节曲线进行对比。实验结果表明:低阶次的非均匀B样条曲线既可以实现各个关节高效平稳的到达给定目标点,而且还可以减少曲线摆动,从而减小对挖掘机的磨损,延长其使用寿命。     

风洞捕获轨迹试验六自由度 机构运动学与误差分析

为提升风洞捕获轨迹试验的水平,设计了一套模拟外挂物从母机分离运动轨迹特性的六自由度机构。通过D-H法进行运动学分析,建立该机构运动学方程,利用解析法对机构进行逆运动学求解。采用微分传递法建立基于D-H参数的静态误差模型,推导出末端外挂物模型位姿误差与D-H参数误差之间的数学表达式,然后采用奇异值分解改进的最小二乘法进行迭代求解辨识出参数误差,在此基础上随机选取100组位姿数据,分析比较了补偿前与补偿后的位置误差,结果表明经过参数辨识后的补偿法能够有效地提高六自由度机构末端的定位精度。     

基于大型构件装配的六自由度并联机构设计技术研究

部分机械产品由多段大型构件组成,装配中一个移动构件相对于另一个固定构件具有空间六自由度。目前用于装配的调姿机构,通过调节关节改变工件的位置和姿态,关节空间与工件的位姿空间不一一对应,即各自由度调节具有耦合性,会严重影响装配效率。为此设计了一种基于气缸驱动的Stewart平台并联调姿机构,具有较好的柔性和自适应性,调节位姿时可直接作用于工件的位姿空间,提高工作效率。首先,建立并联机构模型,并对机构的运动学和静力学进行了分析;其次,采用Adams软件对模型进行了仿真分析,同时采用MATLAB软件对仿真结果进行对比验证;最后,依据边界条件和优化目标提出了一套优化设计流程,通过分析计算得到了相对较优的调姿平台模型参数。     

3-UPU并联机构运动学及工作空间研究

根据3-UPU并联机构的结构特点,采用新型数值算法求得机构运动学逆解;通过对机构运动学逆解复合求导,快捷地得到了机构运动学雅可比矩阵;进而对机构进行奇异性分析,得到机构处于奇异位姿时的三种情况;最后,运用极限搜索法结合MATLAB软件求得机构的工作空间。为该型并联机构参数优化等研究奠定了理论基础。     

基于粒子群算法的双臂机器人运动轨迹优化研究

当前,双臂机器人末端执行器运动轨迹协调能力较差,导致执行器输出误差较大,不能很好地满足高精度场合的需要。对此,创建了双臂机器人简图模型,推导出机器人动力学方程式,采用运动学方程结合粒子群算法进行双臂机器人协调轨迹优化,引用B样条曲线对关节轨迹进行参数化设计。在满足特定目标和约束条件的情况下,采用自适应惯性权重约束粒子群算法求解关节轨迹的最优解,通过Matlab软件分析机器人末端执行器输出误差大小。结果显示:随着末端执行器角速度的增大,优化前的末端执行器输出最大误差就会增大,但是,优化后的末端执行器输出最大误差保持不变。采用粒子群算法优化双臂机器人协调轨迹,能够克服机器人动力学奇异性问题,提高机器人末端执行器运动精度,更好地执行高精度场合任务。