井下排爆机器人机械臂运动学及工作空间的分析

工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析井下排爆机器人机械臂的工作空间。给出了机械臂的基本结构,并对其运动模型进行简化;对机械臂进行了运动学分析;采用蒙特卡洛法和定步距角步长法分析该机械臂的工作空间,给出了机械臂末端的工作空间点云图。结果表明,排爆机械手工作空间内部工作点密集且分布均匀,能够满足作业要求。蒙特卡洛法求解速度快,能够简单而又形象地描绘出机械手的工作空间。     

矿用巡检机械臂运动学及工作空间分析

针对地形复杂的矿井工作环境,提出一种矿用巡检六自由度机械臂,以进行危险环境下的样品采集等工作。研究该矿井巡检机械臂正运动学、工作空间、轨迹规划问题,通过改进Denavit-Hartenberg方法建立六自由度巡检机械臂正向运动学数学模型,利用MATLAB机器人工具箱建立巡检机械臂仿真模型,验证所建立正向运动学数学模型的正确性,进而采用蒙特卡罗方法对机械臂工作空间进行研究,由工具坐标系的随机概率位置向量得出机械臂工作域,对工具坐标系的工作空间云点图进行绘制,同时通过MATLAB轨迹规划仿真研究机械臂运行过程中末端执行器位移变化。     

柔性机械臂设计与分析

针对错综复杂空间环境的检测及维修等问题,结合自然界柔性体的结构特性及工作机理,研究设计一种柔性机械臂,由4节万向节型柔性臂组成。基于机器人机构学数学基础,分析机械臂的运动学方程,计算机械臂末端的位置方程与姿态方程;结合三维制图软件的运动仿真功能,并对所设计机械臂进行运动学仿真,求解其位移和加速度随时间的变化规律,为柔性机械手的设计提供一定的研究基础。     

6R选矸机械臂运动学仿真分析

提出一种通过抓取非煤物质实现煤矸分离的6R选矸机械臂。运用D-H方法在直角坐标系下建立其运动学模型并完成运动学方程的推导,得到机械臂末端执行机构位姿和关节旋转角度的关系。利用Monte Carlo法完成对机械臂工作空间的求解,并利用MATLAB和ADAMS在工作空间内进行运动学联合仿真,得出各关节角度变化曲线和末端执行机构质心位置变化曲线。结果表明,6R选矸机械臂的结构设计合理可靠,所求解出的运动学理论方程准确,满足机械臂从点A(0.1028,0.0975,0)运动到点B(0.0828,0.0775,0.030)的需求。     

基于D-H参数法对矿用车载机械臂的运动学分析

随着煤矿智能化进程的不断推进，煤矿机器人的研发引起了科研人员的关注。由于井下作业空间受限、视线较差，使煤矿机器人的研发受到了制约。针对一种矿用车载机械臂展开分析，利用三维软件构建重载机械臂的三维模型，利用D-H参数法建立机械臂运动学模型，完成了机械臂执行端的运动学推导，然后用Monte Carlo法对车载机械臂模型的运动空间进行求解，为密闭空间内矿用车载机械臂的动力学及运动学分析提供了一定研究依据。     

井下装药车自动装药系统机械臂运动学仿真分析

根据井下装药作业的特点,提出了一种适合井下装药车自动装药系统的装药机械臂。设计了机械臂的连杆结构形式,分析了机械臂的运动学,采用MATLAB对机械臂的运动学进行了仿真。仿真结果表明:装药机械臂的连杆结构参数合理,可以满足稳定运动的运动学要求。     

六自由度机械臂的运动学分析和轨迹规划研究

针对现有六自由度机械臂在完成对目标物体抓取的过程中运动轨迹偏差较大和不平稳的问题,以六自由度机械臂为研究对象,并在SolidWorks平台下建立三维模型。运用D-H法建立运动学模型,完成正运动学分析,并利用数值法确定机械臂在空间中的活动范围。采用五次多项式插值算法对六自由度机械臂的运动轨迹进行规划,并在MATLAB软件环境下仿真得到机械臂末端点从起始点到目标点在空间中沿三坐标轴的位移变化曲线和运动轨迹。研究结果表明,六自由度机械臂机械结构参数设计合理,在两点之间采用五次多项式插值算法对机械臂运动轨迹进行规划,所得运动轨迹曲线连续平滑,没有跳变点,具有一定的应用价值。     

锚杆钻车钻臂工作空间分析及仿真

钻臂的工作空间是衡量钻臂运动能力的一个重要指标。应用D-H法对钻臂进行正运动学分析,并建立钻臂连杆各关节坐标系。基于设计的连杆参数及变量范围,建立钻杆相对于钻臂基座的位姿矩阵。基于蒙特卡洛法分析,利用MATLAB仿真出钻臂工作空间及覆盖面积,通过Robotic toolbox工具对运动学结果进行验证,为后续钻孔规划及结构改进提供基础。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

混联二自由度机械臂的运动学研究

提出了一种混联机械臂,该机械臂是串并联混合机构,具有串联机构工作空间大和并联机构承载能力高的优点,可以实现较大活动空间内对重物的搬运仓储。对该机械臂进行了自由度分析,得到该机械臂的自由度为2,具有平面内的一个移动和一个转动自由度。基于几何解析法分析了该机构的运动学正反解,并且给出了5组正反解分析数值算例,验证了正反解分析的正确性。     

含不确定性参数的锚杆钻机机械臂运动学误差分析

矿用锚杆钻机广泛用于井下顶板和侧帮的打孔和支护,极大地缓解了掘锚失调的问题。为此以机械臂为研究对象,对含有不确定性区间参数的机械臂运动学进行了误差分析。由于传统微分法对机械臂运动学误差分析存在很大的局限性,故将Chebyshev扩张函数算法应用在求解含不确定性区间参数的机械臂运动学中。具体方法是采用了扫描法(SAS)、张量积(CTP)、与配点法(CCM)3种代理模型对含有不确定性参数的机械臂运动学正解矩阵进行响应区间的包络研究,3种代理模型在CPU时间消耗上均有所减少。其中配点法(CCM)的优势较为突出,与原始计算方法相比时间消耗减少了97.65%。同时也将理论值和3种区间代理模型计算出的上、下边界响应值进行了对比。结果表明配点法(CCM)、扫描法(SAS)计算出的边界值与理论值更加接近,产生较小范围的误差。最后在样机上对所提算法进行验证,紧密的包裹效果验证了本文提出算法的精度和有效性。其中扫描法(SAS)和配点法(CCM)这两种代理模型在上下边界值的求解中拥有较小的保守估计,张量积法(CTP)代理模型则在局部求解中获得较好的估计。对含有不确定性参数的响应区间研究,成为了预测机械臂空间轨迹跟踪和定位的新方法,确保机械臂的预测误差值最小。同时也为实现机械臂的最优结构的设计和高速、高精度的控制,提供一定的理论指导。     

钻装机耙渣工作装置运动学仿真分析

讨论了钻装机耙渣工作装置(耙臂)的结构原理,将其作为平面三自由度冗余机械手,通过控制末端执行器(斗齿尖)跟踪规划好的期望轨迹来实现耙渣作业;利用D-H法对耙臂进行了运动学分析,采用MATLAB对耙臂进行运动学仿真计算,对耙臂的工作范围进行分析,为动力学仿真以及自动控制研究奠定了基础,为进一步提高耙渣作业的工作效率提供了数据基础。     

混凝土湿喷机工作臂的运动分析与仿真

在对混凝土湿喷机工作臂的结构分析的基础上,运用机器人机械手的运动分析原理,建立了工作臂的关节式机械系统运动分析模型,利用矩阵法和齐次变换数学工具推导了固定坐标系下的喷射头的运动学方程,并应用Matlab对工作臂的运动轨迹进行了仿真和验证。运动臂的分析和仿真为混凝土湿喷机操作人员提供了控制喷射头位姿的依据、为设备的可视化监视系统和自动控制系统的研究与设计奠定了基础。     

掘进机并联工作臂设计与运动学分析

以掘进机并联工作臂为研究对象,基于机器人拓扑结构设计了一种可以实现一平移两转动三自由度的新型并联机构3-UPU/RPR。对该机构的方位特征集和运动自由度进行综合分析,并运用欧拉旋转平移变换法对其进行位置逆解;结合蒙特卡洛法求出该并联工作臂的工作空间,结果表明该并联工作臂具有对称性、内部无空腔且有较大的工作空间的特点。最后将其运用于悬臂式掘进机,解决了传统悬臂式掘进机悬臂运动结构自由度缺乏和掘进工作整体空间扩展受限的问题,为掘进机工作臂设计提供了理论参考与依据。     

搬运机械手的运动学分析

根据搬运机械手的结构特点和性能要求,首先对其正向运动学进行了分析,得出其运动学方程式—操作臂末端在基坐标系下的位置关系式;然后对逆向运动学进行分析,根据操作臂末端的位置,确定出各关节的转角;最后根据机械手末端速度与关节变量速度之间关系分析,得出机械手的雅可比和逆雅可比。     

数控机床上、下料机械手的运动学分析与仿真

建立了数控机床上、下料机械手的连杆坐标系,利用齐次变换和D-H法,得到机械手运动学方程,利用反向变换法(代数法)计算得出了机械手各关节变量,对机械手的运动轨迹进行分析并采用动力学仿真软件Adams对机械手进行仿真。     

基于OpenGL的三自由度平面并联机器人运动学仿真

求解了平面3RPR并联机器人运动学封闭解析反解,在此基础上,基于虚拟现实技术构建出平面3RPR并联机器人几何模型,借助Visual C++和OpenGL混合编程,对其运动学仿真进行了研究。