基于MATLAB/Simulink的取苗机械臂运动轨迹仿真

根据取苗机械臂的结构和特定的工作要求,用MATLAB/Simulink模块建立机械臂仿真模型,验证机械臂的路径和位姿规划.仿真结果表明路径规划以及机械臂在特定点的位姿符合取苗要求.     

太阳能板清理机的运动学分析

太阳能板清理机用于光伏发电厂对太阳能板的清理工作。介绍了设备的组成和工作原理,根据太阳能板清理机机械臂的结构和特定的工作要求,采用改进的Denavit-Hartenberg法建立了各连杆坐标系和结构的运动学方程。并进行运动学仿真,仿真结果表明机械臂的路径和位姿规划的正确性。     

基于A~*算法的空间机械臂避障路径规划

针对空间机械臂在轨操作任务需求,提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性,根据障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上,利用A*算法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索,实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。     

柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模

针对柔性关节机械臂在避障完成后位姿与目标位姿存在一定偏差的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。将五次B样条曲线作为柔性关节机械臂避障路径规划的基础,在避障任务中引入速度修正项,通过关节角和关键点避障速度确定速度修正项取值。建立避障路径自动控制数学模型,利用该模型控制柔性关节机械臂在到达目标位置过程中实现障碍物精准规避,完成柔性关节机械臂避障路径自动控制。实验结果表明,所提方法能够减小位姿误差,平稳关节波动,实际应用效果较好。     

基于量子粒子群优化算法的空间机器人非完整笛卡尔路径规划

利用自由漂浮空间机器人系统的非完整冗余特性,提出一种可使基座姿态和机械臂末端位姿同时到达期望状态的路径规划方法.该方法首先通过正弦多项式函数对机械臂关节角轨迹进行参数化,并根据基座姿态和机械臂末端位姿控制精度指标设计目标函数,由此,将自由漂浮空间机器人系统的非完整笛卡尔路径规划问题转换为非线性系统的优化问题.采用量子粒子群优化算法对非线性优化问题进行求解,将求解出的参数代入机械臂关节轨迹函数,即实现了非完整路径规划的目标.建立由飞行基座和6-DOF机械臂组成的空间机器人系统动力学模型,对所提出的方法进行仿真验证.试验结果表明,所提出的方法能够收敛于全局最优值,收敛速度快,所需调整参数少,且规划的关节路径满足关节角、角速度及角加速度的范围,关节路径平滑,适合于机械臂的控制.     

改进人工势场法的双机械臂路径规划算法

针对采用传统人工势场法对双机械臂系统进行路径规划时无法约束双机械臂整体位姿,容易陷入局部极值点的问题,对人工势场法进行改进.采用D-H法对双机械臂系统进行运动学分析,采用圆柱——半球体包络盒模型作为碰撞检测模型;构建新的势能函数对双机械臂系统规划路径;采用构建虚拟目标点的方法帮助机械臂逃离局部极值点.仿真实验表明,改进算法克服了人工势场法局部极小的缺点,实现了对双机械臂系统的路径规划.     

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。     

图像视觉特征的机械臂末端位姿监测方法研究

为解决当前监测方法位姿误差和高度误差偏大等问题，提出图像视觉特征的机械臂末端位姿监测方法。先通过TSAI手眼标定法标定机械臂手眼系统，然后采用粗定位提取机械臂轮廓，利用最小二乘法对边缘点拟合，获取视觉特征，最后通过机械臂视觉特征获取抓取位置，对抓取位姿和关节角进行映射得到机械臂作业轨迹，实现机械臂末端位姿监测。仿真实验结果表明，所提方法的位姿误差仅为0.06mm，高度误差仅为0.05mm，运行时间也较短，明显优于对比方法，不仅可有效降低位姿误差和高度误差，还能有效提升监测效率。     

基于改进快速扩展随机树算法的双机械臂协同避障规划方法

提出了一种基于改进RRT算法的双机械臂协同避障运动规划方法。针对静态障碍物对主臂进行避障运动规划,寻找主臂可行路径。将主臂每一时刻的运动位姿视为规划从臂运动时的动态障碍物,为从臂规划可行运动路径。为提高算法的搜索效率,利用节点剪枝择优和设置目标区域的方式使算法快速收敛。在MATLAB程序建模实验的基础上,在ADAMS中进行仿真实验,验证了该算法的有效性和可行性。     

基于局部视觉的特定工件移动机械臂动态抓取方法

机械臂操作动态工件在分拣、上下料等作业场合有着广泛的需求。针对特定型号工件的移动机械臂动态抓取问题，提出一种基于特定工件ID编号识别和机械臂抓取位姿预测的运动工件鲁棒抓取方法。该方法选取AprilTag视觉标签来标记工件，通过图像采集、自适应阈值处理、连续边界分割、四边形拟合、快速解码等数据处理过程，获取局部视野下运动工件的ID、位置和姿态，实现工件的初次定位。结合移动机械臂的运动规划工艺策略，对特定型号目标工件的抓取位姿进行计算，实现抓取时刻的工件位姿预测。搭建了动态抓取实验平台进行了视觉标签ID识别、工件定位、动态目标抓取实验。结果表明，所提出的移动机械臂动态抓取方法，可以准确识别特定型号工件，并能够对不同运动速度的特定工件进行鲁棒抓取，抓取成功率平均值约为98%。该方法在智能产线的移动机械臂上下料等场景有着广泛的应用价值。     

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。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

移动式煤炭采样机采样臂智能避障路径规划方法研究

针对煤炭采样臂智能避障路径规划问题,基于改进人工势场算法提出了一种路径规划方法。根据采样臂工作特点,构建了一种位姿信息的表征方法,并建立了采样臂与障碍间的虚拟仿真模型。以采样臂关节空间为搜索空间,以总势能最小为目标函数,实现了避障路径规划。规划过程综合考虑了关节限位、连杆碰撞与障碍物安全距离信息,并通过引入虚拟坡度防止规划陷入局部极小值。通过仿真实验得到的路径平滑连续,且满足安全距离的要求,验证了规划方法的有效性和可行性。     

液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法。构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划。搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线结合液压系统的各部分变量进行参数合理匹配与控制策略优化,从而进行了液压凿岩机器人机械臂轨迹规划验证。研究结果表明:五次多项式的规划方法能精确跟踪期望的关节运动轨迹,同时满足平稳运动和低耗能的要求。     

载体位姿不受控的空间机械臂非完整特性研究

载体位姿不受控的空间机械臂系统,其载体和机械臂之间存在角动量守恒方程约束。由于该约束是非完整约束,所以普通的固定基座机器人运动学理论不能直接用来解决这类空间机械臂系统的运动学问题,基于这类非完整性约束,推出载体位姿不受控空间机械臂的运动学方程,在速度层次上分析这类载体位姿不受控的空间机械臂的运动学问题,并进行由于非完整特性引起载体位姿干扰与奇异问题的仿真研究。     

SpiderFab空间机械臂系统耦合动力学计算与仿真

SpiderFab型空间机械臂是一种典型的漂浮基空间机械臂系统。为了定量的认识机械臂在运动过程中对基体的扰动影响,并以此为依据设计浮动基体的位姿控制系统,建立了系统的运动学、动力学方程。根据系统动量守恒条件显式的表达出基体与机械臂之间的速度耦合关系,并由此说明基体的位姿变化不仅与机械臂实时关节速度有关,还与机械臂的历史关节路径有关。为了更进一步说明系统内存在的动力学耦合问题,针对一个漂浮基三自由度空间机械臂系统,设计了三组仿真试验。三组不同的关节速度曲线作为输入条件,求解基体关节所受的扰动量。仿真结果证明了计算方法的正确性。     

基于改进人工势场法的双机械臂避障路径规划

针对双6自由度机械臂提出了一种基于改进人工势场法的避障路径规划算法。分析了双机械臂的协作工作空间,确认了双臂自碰撞的可能。针对静态障碍物对主机械臂进行避障运动规划,完成主机械臂路径规划后,再将主机械臂作为从机械臂运动时的动态障碍物,为从机械臂规划避障运动路径。利用新的势能函数代替传统人工势场法的势能函数,对双机械臂进行避障路径规划;由于传统人工势场法在机械臂避障路径规划中容易陷入局部极小值的缺陷,因此,增加了虚拟吸引点,避免机械臂陷入局部极小值。仿真实验表明,该方法实现简单,满足双机械臂避障的要求,能够有效地为双机械臂规划出无碰撞路径。     

考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制

以空间3R含铰间隙机械臂为研究对象,考虑关节铰隙机械臂末端位姿精度的模糊控制方法。首先,利用D-H坐标变换法建立不含间隙和含间隙的机械臂运动学模型,分析铰间隙对机械臂末端位姿精度的扰动影响;其次,通过所建立的含间隙三维模型并进行运动学仿真,研究其位姿误差大小;再次,基于减小误差提高精度设计模糊控制器,通过角位移来补偿末端位姿误差,从而得出相应的角位移补偿量;最后,采用补偿后的角位移对含间隙模型进行运动学仿真分析,得出其补偿后的位姿误差。研究表明,采用模糊控制方法,机械臂在x、y方向上末端位姿误差明显减小,其控制效果较好,而在z方向上的误差也有所降低,可见,在模糊控制策略下,补偿后的角位移对关节铰隙机械臂末端位姿的精度误差有明显的减小作用。     

基于蒙特卡洛法的水力破拆机械臂工作空间分析

以D-H法则建立了各连杆运动学方程,在Robotics Toolbox中仿真了机械臂从初始位姿至水平破拆位姿的过程,验证了D-H参数及运动学方程的正确性,并在MATLAB中以蒙特卡洛法完成了对喷枪工作空间的求解,得到了喷枪的工作空间及横向、纵向、最大作业深度等主要参数,为机械臂的运动控制和轨迹规划提供了理论基础。     

基于挖掘力模型的采样机械臂运动位姿节能控制研究

为了降低采样机械臂在挖掘土壤过程中能量损失,延长其工作时长,设计了可操纵性椭球模型和能量评价指标函数。通过仿真检验机械臂能量消耗,创建了采样机械臂运动位姿的可操作性椭球模型,给出了机械臂运动过程中的能量评价指标函数。对采样机械臂挖斗进行受力分析,给出了挖斗不同表面的受力方程式,设计了采样机械臂主动控制方法。在机械臂不同运动位姿状态下,采用Matlab软件对采样机械臂能量消耗进行仿真。结果显示:在无可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较差,单位连杆长度受力较大,导致机械臂消耗的能量较多;在有可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较优,单位连杆长度受力较小,导致机械臂消耗的能量较少。在同等条件下,随着采样机械臂挖斗的采样点不同,机械臂消耗的能量也不同。采样点越远,机械臂消耗的能量也越多,能够工作的时长也越短。采样机械臂挖斗采用可操纵性椭球模型,能够降低机械臂的能量损失,延长机械臂工作时长。