机器人机构学

机器人机构学作者：黄真安永民机器人机构学是机器人学的一个重要的基础性分支，包括机器人机构的运动学和动力学。它是以机器人操作机为研究对象。任务有三：第一是对机器人作运动学和动力学分析，研究机器人的运动和动力性能；第二是在机器人作业规划和控制中作运动学和...     

六轮移动机器人运动学建模与仿真

针对石化行业的需求,设计了一款具有较强运动灵活性的适合在狭小空间、复杂环境中工作的六轮移动机器人。采用4个全向轮与两个普通橡胶车轮混搭的车轮配置方案,建立机器人的运动学模型,并分析了车轮的运动参数与机器人本体位姿之间的关系;运用ADAMS仿真软件构建了机器人的仿真模型,通过对直线行驶、原地转向性能进行运动学仿真,得到了机器人的运动学曲线,验证了运动学理论模型的正确性和机器人机构设计的合理性。原地转向误差实验表明,机器人具有较强的原地转向能力,原地转向最小误差可达到2.299mm,较好地满足了该机器人的高灵活性需求。     

基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模

为了使模块化并联机器人的运动学变化能够响应其构型的变化，提出了基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模方法，并以3 PRC并联机器人构型为例进行了建模研究：根据模块化并联机器人的结构特点，从机器人机构的角度对运动副处进行模块化单元划分，用连接关系矩阵描述所有单元的连接关系，连接关系矩阵可以确定并联机器人的构型；建立各单元的运动学子模型，即在固定参考坐标系中用齐次坐标变换矩阵描述各单元装配接口的空间位姿；根据相互连接的单元间运动副的类型，分析装配接口间的装配约束条件，并构建运动副的约束连续性方程。综合所有单元的运动学子建模和约束连续性方程，即得模块化并联机器人的运动学模型。该方法可适用于串联、并联或混联等任何构型的机器人。     

双足机器人运动分析

本文自主设计了一款双足机器人,对其建立了腿部运动的运动学模型,在此基础上进行了运动分析及步态规划,利用MATLAB得到了步态分析曲线。     

一种六自由度上肢康复机器人的结构设计及运动学分析

为解决现有上肢康复机器人功能单一以及结构复杂的问题,提出了一种6-DOF外骨骼式上肢康复机器人,建立了康复机器人的运动学模型,通过D H变换对其正向运动学和逆向运动学进行求解.运用Pro/E对康复机器人进行三维建模,通过Mechanism/Pro导入ADAMS/view中进行运动学仿真,得到机器人末端位移的仿真曲线和理论曲线一致,验证了理论推导的正确性,进一步仿真结果证明该方案具有较好的运动特性.     

机器人计算机辅助运动学设计与仿真系统

本文建立了一个机器人运动学计算机辅助设计与仿真系统，与同类型的其它系统比较，本文侧重于运动学设计与评价，它包括工作空间，姿态空间等提出了建立机器人数据库，奇异曲面计算机自动求解以及机器人运动学性能综合评价的新方法，然后介绍了系统中的一些主要模块。     

机器人计算机辅助运动学设计与仿真系统

本文建立了一个机器人运动学计算机辅助设计与仿真系统，与同类型的其它系统比较，本文侧重于运动学设计与评价，它包括工作空间、姿态空间、奇异曲面、服务区域、灵活度、运动学综合与仿真等，提出了建立机器人数据库、奇异曲面计算机自动求解以及机器人运动学性能综合评价的新方法，然后介绍了系统中的一些主要模块。     

小型地面移动机器人运动学分析及控制研究

研制了一种带前摆臂结构的小型地面移动机器人,建立了该机器人的运动学模型,确定了该机器人驱动轮转角与机器人位姿间的关系,为小型地面移动机器人的控制系统的设计提供了理论依据.该机器人的控制系统采用上下位机控制方式实现了对机器人的遥控控制,即上位机为 PC 机,下位机采用单片机.采用流向控制标志位查询判断驱动信号的流向,使机器人移动载体、摆臂和摄像装置的驱动电机可以协调运动.对该机器人各机构的运动进行了仿真,并得到了机构匀速运动过程中的主驱动轴转角、摆臂转角及摄像头转角等 3 个主要机构的运动参数曲线,验证了机器人各机构的运动性能.     

基于神经网络的冗余度机器人运动学控制

对于冗余度机器人，本文用神经网络来实现机器人的速度逆运动学。使用的神经网络为具有背传算法的多层感知器。应用权值表来存储不同性能准则时求解速度逆运动学的神经网络的权值。仿真结果验证了神经网络技术应用的控制有效性。     

一种新型六自由度SCARA机器人设计与运动学分析

目的 针对传统四自由度SCARA机器人末端灵活性不足的问题，设计一种新型的六自由度SCARA机器人。方法 首先在传统四自由度SCARA机器人结构特点分析的基础上，通过改进其末端结构以增加机器人的自由度，从而提高其末端的灵活性。然后分别采用D–H参数法与代数法建立该机器人的运动学正解模型与逆解模型。在此基础上，采用对比法在Matlab的Robotics Toolbox工具箱中对该机器人开展仿真分析，验证机器人运动学模型的正确性。最后，基于五次多项式插值算法对机器人开展轨迹规划研究。结果 实验结果显示该机器人的运动轨迹、速度与加速度曲线光滑连续，没有任何断点与突变点。结论 表明该机器人运动平稳，具有良好的运动学性能，从而为后续该机器人的运动控制奠定了良好的基础。     

蛇形机器人的翻滚运动及其越障研究

提出了一种新型蛇形机器人机构。该机构既可以实现平面运动又可以实现空间运动。建立了其空间运动学模型并实现了空间翻滚运动。实验结果表明：翻滚运动不需依靠模块与地面之间动摩擦力方向差来实现驱动，而是通过模块与地面之间静摩擦力和互相垂直的两个运动平面内异相波的相互作用产生驱动力。翻滚的方向和姿态由两个波形曲线的相差和传播方向决定。利用翻滚运动．实现了少模块数蛇形机器人的越障运动．     

Buckling morphology of an elastic beam between two parallel lateral constraints: implication for a snake crawling between walls

A snake crawling on horizontal surfaces between two parallel walls exhibits a unique wave-like shape, which is different from the normal shape of a snake crawling without constraints. We propose that this intriguing system is analogous to a buckled beam under two lateral constraints. A new theoretical model of beam buckling, which is verified by numerical simulation, is firstly developed to account for the special boundary conditions. Under this theoretical model, the effect of geometrical parameters on the deformation shape, such as the distance between walls, length of the snake and radius of the snake, is examined. The buckling beam model is then applied to explain qualitatively the wave-like shape of the snake.     

一种改进的强约束拓扑自适应snake模型

针对灰度图像的二维提取以及运动图像的跟踪问题,本文提出一种强约束拓扑自适应snake模型.该方法采用正交网格对图像和snake曲线进行离散化,约束snake节点只能沿网格线从一个网格点运动到下一个网格点,从而简化了计算过程.通过节点拆分获得拓扑变换能力,自动检测和处理拓扑冲突.通过对模拟图像和临床医学图像进行目标边缘提取的实验,结果表明模型具有较强的目标捕捉能力、拓扑结构变换能力和较快的运算速度.     

Tensile and flexural properties of snake grass natural fiber reinforced isophthallic polyester composites

Natural fiber composite materials are one such capable material which replaces the conventional and synthetic materials for the practical applications where we require less weight and energy conservation. The present paper, which emphasis the importance of the newly identified snake grass fibers which are extracted from snake grass plants by manual process. In this paper, the tensile properties of the snake grass fiber are studied and compared with the traditionally available other natural fibers. The mixed chopped snake grass fiber reinforced composite is prepared by using the isophthallic polyester resin and the detailed preparation methodology is presented. Fiber pull-outs on the fractured specimen during the physical testing of the composites are also investigated. The experimental evidence also shows that the volume fraction increases the tensile, flexural strength and modulus of the snake grass fiber reinforce composite.     

机器人定位精度标定技术的研究

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度。为了提高机器人的位姿精度，需要对机器人进行标定，为此必须研究机器人运动学模型的建立方法。基于MDH模型和微分运动学，识别出机器人的各个连杆几何参数误差对机器人位姿精度影响程度，并结合最小二乘算法，对机器人的定位精度进行修正。实验表明，该方法适合对机器人几何参数误差的标定，并且能够提高机器人的综合性能。     

Industrial robot layout based on operation sequence optimisation

The robot layout is one of the primary problems in the robot work cell design. An optimal layout not only makes the robotic end-effector reach the desired position with the desired orientation, but also minimises the robot cycle time for completing a given task with collision avoidance. There may be many feasible robot operation sequences for a given task. The optimisation of operation sequence for a robot placed in a fixed location is NP-complete. There may be different optimal operation sequences as the robot is placed in the different locations. Hence the problem of robot layout is quite complex. This paper presents a method of industrial robot layout based on operation sequence optimisation. The robot motion control model with velocity, acceleration and jerk is established. The feasible space of robot base is calculated and then divided into discrete grids before the optimisations. Then the ant colony algorithm is applied to optimise the operation sequence for each grid. The adjacent grids are merged or divided enough times to form the bigger grids. The pattern search algorithm is adopted to solve the local optimal position and orientation of the robot base in each big grid, and the global optimal layout is found through the comparison of the local solutions. The industrial robot layout method has been applied to the work cell design for car door welding.     

Analysis of Robot Accuracy Assessed via its Joint Clearance by Virtual Prototyping Method

This paper discusses how joint clearance influences robot end effector positioning accuracy and a robot accuracy analysis approach based on a virtual prototype is proposed. First, a 5-DOF( Degree of freedom) neurosurgery robot was introduced. Then we built its virtual prototype, made movement planning and measured the manipulator tip accuracy, through which this robot accuracy portrait was obtained. Finally,in order to validate the robot accuracy analysis approach which is based on a virtual prototype, the result was compared with that from a model built by robot forward kinematics and robot differential kinematics.The robot accuracy analysis approach presented in this paper gives a new way to enhance robot design quality, and help to optimize the control and programming of the robot.     

Dynamic Analysis of Three-link Robot

As modern society is developing rapidly,the robots in our lives as well as industrial manufacturing and other aspects have occupied an important position. Requirements for the robot control and accuracy are getting higher and higher,and the dynamic control of the robot has thus been getting the better development. The dynamic problem of the robot is helpful to keep the dynamic characteristics and static characteristics of the robot,which is of great significance to the control problem of the robot. In the process of dynamic analysis of the three-link robot,the system model of the three-link robot is simplified accordingly,and then the classical Lagrangian functional equilibrium method is used to derive the robot dynamics equation. After the kinetic equation,based on the passive characteristics of the three-link robot arm,we use the PD control with gravity compensation for the robot,and use the Lyapunov function to prove that the system has any trajectories in the vicinity of the equilibrium state under any initial condition which is near the equilibrium state,proves the stability of the three-link robot system.     

类人型机器人动作情感识别研究

目的 为优化人与机器人动作情感交互方式,研究类人型机器人动作单模态情绪表达的可识别性,探究类人型机器人动作情绪识别的影响因素。方法 以类人型机器人NAO为例,采用问卷调查的方式,基于离散情绪模型,获取机器人NAO动作表达情绪的识别性、效价和唤醒度,研究类人型机器人动作的情绪识别性、效价和唤醒度,基于认知匹配理论研究类人型机器人动作与真人模拟动作、真人自然动作情绪表达差异的影响因素。结果 人类能够通过类人型机器人动作的单模态情绪表达,在不同情感语义上进行比较细腻的情绪识别,机器人形态及动作的幅度、速度、力量是情绪识别的影响因素。结论 建立类人型机器人动作与情感语义、效价及唤醒度的关系模型,以及类人型机器人动作情绪能量图,为机器人情感表达和动作交互设计提供较为系统的参考模型。     

变形模型技术在冠状动脉造影图像序列后处理中的应用

以冠状动脉血管轴线的三维运动跟踪和心脏的形状建模为例,论述了变形模型在X射线心血管造影图像序列后处理中的应用.首先采用3D snake模型,表示血管轴线的曲线在三维空间中的变形,完成对血管骨架的序列重建.然后以各时刻的血管骨架点作为采样点,采用基于扩展超二次曲面的变形模型,建立心脏形状模型,通过分析不同时刻模型参数的变化,获得心脏变形参数的估计.