液压机械臂的摆缸关节结构参数优化

以叶片式液压摆动油缸(以下简称摆缸)作为液压机械臂的驱动关节具有诸多优势。以提高机械臂的负重比为目标,对摆缸关节进行了轻量化设计。建立了优化设计数学模型,进行了优化算法及惩罚函数法分析。结合实例对摆缸的各个参数进行了优化,得到了所需转矩为63 kN·m,叶片数为2,系统总效率为0.9时的摆缸参数优化结果。对结果进行了分析,得到了所需转矩与摆缸质量的关系曲线,摆缸质量与所需转矩、叶片长度的关系曲面,以及所需转矩与多个优化目标的关系曲线。建立了摆缸三维模型,采用有限元法对优化结果进行了验证,并证实了优化结果的合理性和正确性。     

六自由度机械臂运动学及工作空间分析

建立了一种用于危险作业条件下的六自由度机械臂模型,根据D-H方法建立了其数学模型,并进行正向运动学分析,通过计算和仿真,验证了所建运动学方程的正确性。通过采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,利用Matlab对机械臂工作域进行求解,给出了机械臂末端的工作空间点云图。通过机械臂运动过程中基座的受力分析,结果表明:末端执行器移动速度越快,基座承受的力矩越大;各个关节角速度和末端执行器移动速度对力矩曲线的平稳性影响明显,且基本成正比;在末端执行器位移方向改变处,基座所受力矩最大。     

基于液压摆缸的反铲挖掘机的设计与运动学分析

以提高反铲挖掘机的最大挖掘高度为优化目标,提出以叶片式液压摆动油缸取代斗杆直线油缸驱动挖掘机的新方案。首先参考某种挖掘机的相关参数,采用SolidWorks建立了传统挖掘机和新型挖掘机的三维模型,通过ADAMS进行运动学仿真,获得挖掘机运动轨迹包络图、铲斗斗齿位移曲线,确定了最大挖掘高度、最大挖掘半径。通过对比,表明了新方案可极大提高最大挖掘高度,验证了这种方案的可行性,为相关研究者提供一种新思路。     

蛇形空间机械臂单个2-DOF关节的运动学标定

绳索驱动的分段式蛇形空间机械臂通常具有相同结构的模块化关节,能够在狭小空间中灵巧操作,其精度是制约机器人发展的主要因素。为了提高蛇形空间机械臂的位置精度,指导蛇形空间机械臂的精度设计,以单个2-DOF关节为对象,提出一种正则化的运动学标定方法。首先,对具有多重映射关系的2-DOF关节的运动学进行分析,通过矩阵全微分理论建立包含所有几何误差参数的误差模型。然后,对2-DOF关节各部件的所有误差源进行灵敏度分析,依据3σ原则和理想的位置精度设计指标指导各部件的公差设计。最后,考虑所有的制造和装配误差,采用正则化方法对2-DOF关节进行误差辨识,用于补偿控制器中的名义运动学模型。结果表明,经过修正后的运动学模型的位置精度提高了50%,验证了运动学标定的有效性。     

混凝土液压拆除机械臂运动学分析与研究

混凝土液压拆除机械臂运动学分析是混凝土液压拆除机器人运动及控制器设计的重要组成部分。将混凝土液压拆除机械臂作为研究对象,通过D-H法则建立机械臂连接杆坐标系,并完成机械臂的运动学分析。运用ADAMS对模型进行运动学仿真分析,获得了机械臂的运动包络图,测量了机械臂喷枪末端的位移、速度及加速度曲线,验证了理论分析的正确性。结合理论分析与仿真,分析实际使用中机械臂喷枪末端的姿态和运动情况,为末端机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析

针对传统协作机械臂关节惯量大、所需驱动功率大的问题,设计了基于套索传动的七自由度机械臂。该机械臂具有诸多优势,其最大的优点就是驱动电机后置使得关节惯量小、结构紧凑。根据D-H法建立正运动学方程,在分析了机械臂结构特性的基础上,定义了机械臂运动的臂平面、参考平面以及臂型角ψ,通过给定末端位姿~0T_7和臂型角ψ求解运动学逆解。在MATLAB环境中对机械臂正、逆运动学方程进行可视化验证,验证了正、逆运动学方程的正确性。最后利用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,求得机械臂工作空间云图。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

六自由度串联机械臂运动学及其工作空间研究

根据实际生产需要设计和建立了一种用于焊接车间上下料的六自由度串联机械臂及专用末端执行器模型,针对机械臂的正运动学以及其末端执行器的可达空间进行了研究。基于D-H法对机械臂运动学数学模型进行建立并求得其正运动学方程。提出在Matlab环境下利用Robotics toolbox10.2通过代入各个关节随机参数的方法与机械臂正向运动学分析结果进行对比验证。基于机械臂末端执行器的可达空间与各个关节之间的对应关系,在Matlab中通过采用蒙特卡洛法对机械臂末端执行器的工作区域进行了分析,用描点的方式对机械臂末端执行器工作区域的点云图进行了描绘,通过对点云图的研究得出所设计机械臂结构较为合理的结论。     

液压支架顶梁焊接机械臂的运动学分析与仿真

针对液压支架顶梁焊接过程中焊接工艺不完善、焊接难度大的现状,设计一种五自由度焊接机械臂,以保证顶梁的焊接效率和质量。基于改进D-H参数建模方法,对顶梁焊接机械臂进行正、逆运动学分析求解;采用蒙特卡罗法对液压支架顶梁焊接机械臂的有效工作空间进行分析;使用MATLAB中Robotics Toolbox工具箱对焊接机械臂进行建模和轨迹规划分析和仿真,得到各关节的角位移、角速度以及角加速度曲线;使用Adams得到机械臂的实时跟踪轨迹,经验证可知MATLAB的轨迹规划是正确的。分析仿真结果可得,设计的顶梁焊接机械臂轨迹平稳并连续,满足运动学要求,为后续顶梁焊接机械臂的动静力学分析和优化设计以及运动控制奠定了基础。     

基于液压马达驱动的6R排爆机械臂结构设计与运动学分析

针对液压马达驱动的排爆机械臂在特种环境下工作,根据其工作过程中存在灵活性差、精确度低的问题,提出基于液压马达驱动的六自由度旋转机械臂,满足在复杂工况下的工作要求。通过建立机械臂的D-H坐标系和三维模型,根据D-H坐标系建立原则,理论推导出运动学方程,得出机械臂连杆末端位姿与各关节角度的关系,同时联合MATLAB和Adams进行正运动学和逆运动学仿真,得出各关节角度变化曲线和末端位移变化曲线。结果表明:6R机械臂机械结构设计可靠、运动学理论方程正确,满足机械臂末端的空间坐标(单位为mm)从(-160,410, 740)移动到(-502,-160,362)的位置要求。     

液压支架油缸内壁缺陷修复机械臂的运动学分析与仿真

针对矿用液压支架油缸内壁局部缺陷修复,设计一种能深入液压支架油缸筒内进行内壁修复的焊接机械臂。基于改进D-H参数建模方法,对设计的内表面修复焊接机械臂进行运动学建模,并求解了内表面修复焊接机械臂的正、逆运动学。借助MATLAB软件,采用蒙特卡洛法,对该焊接机械臂的有效工作空间进行了仿真分析,利用Robotics Toolbox工具箱对油缸内壁缺陷修复机械臂进行关节轨迹规划,通过仿真得到各关节的角位移、角速度、角加速度曲线。仿真结果表明：该机械臂运行平稳,轨迹连续,满足运动学要求。     

考虑关节间隙的空间机械臂臂杆振动特性研究

基于ADAMS动力学仿真软件,建立含间隙关节空间机械臂的动力学仿真模型,改变关节间隙尺寸和刚度系数等相关参数,获取不同关节间隙尺寸下的空间机械臂动力学响应;通过搭建含间隙关节的空间机械臂实验台,采用改变臂杆端盖孔径的方法改变关节间隙尺寸,分析不同关节间隙尺寸下的空间机械臂臂杆的输出振动特性。仿真与实验结果表明:臂杆末端的加速度和关节的接触碰撞力会随着空间机械臂关节间隙的增大而逐渐增大,但增幅会逐渐减小;空间机械臂关节间隙的增大还会导致关节内碰撞加剧,引起更大的能量损失。这可为提高含间隙空间机械臂的控制精度提供参考。     

基于ADAMS和ANSYS的机械臂刚柔耦合运动学分析

针对机械臂的设计要求,设计了一种由两个铰链四杆机构组成的双自由度机械臂,利用ADAMS建立机械臂的刚性体模型,仿真得到不同时刻的运动参数曲线;利用ANSYS建立指定部件的柔性体模型,得到不同阶数的模态频率和模态振型值;利用ADAMS和ANSYS进行联合仿真后,得到机械臂的刚柔耦合模型,仿真结果表明:柔性体模型在z方向发生了微小位移变化,x、y方向位移波动范围增加了10 mm。利用Altium Designer软件绘制控制电路图并进行了实物制作,实验结果表明该机械臂具有广泛的适用性。     

基于CISSA的冗余机械臂逆运动学求解

基于冗余机械臂在求逆解过程中无法获得封闭解的问题,针对性地提出了综合改进麻雀搜索算法(CISSA)。首先,在初始化过程中对算法中的种群进行混沌处理,增加种群的丰富度;其次,将自适应动态权重融入到探索者的位置更新公式以及种群中探索者与追随者的数量中,提高算法快速收敛的能力;同时,在迭代过程中引进柯西变异和Tent混沌扰动,提升算法的抗停滞能力;对于越界的个体处理后重新放入种群中,提升算法性能。CISSA在多项指标上明显优于PSO、WOA和GWO等传统群智能算法;将CISSA应用到冗余机械臂逆运动求解,在算法精度上较SSA提高了2～3个数量级,在算法稳定性上较SSA提高了3～4个数量级,说明了CISSA在实际应用的过程中,有收敛快、精度高、稳定性好的特点。     

混凝土水力破拆机械臂运动学分析及仿真

以混凝土水力破拆机械臂为研究目标,运用D-H法建立机械臂各连杆坐标系模型,并进行对机械臂运动学分析,验证了运动学模型的正确性;在ADAMS中,按顺序控制对机械臂模型进行运动学仿真分析,得到了机械臂最大破拆高度、最大横向破拆宽度、最大破拆深度、运动包络图和喷枪末端的位移曲线,为机械臂的轨迹规划和控制提供了理论依据。     

接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划

针对铁路隧道中,接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题,研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模,并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置,然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿,采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划,并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图,为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。     

基于蒙特卡洛法的七自由度拟人机械臂工作空间分析

应用D-H法对七自由度拟人机械臂建立关节坐标系并确定杆系参数,建立机械臂运动学模型,应用齐次变换法推导出机械臂末端执行器的位姿。根据机械臂关节空间到工作空间的映射关系,提出采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,得出机械臂工作空间的云图。为后续的机械人轨迹规划、动力学分析、运动控制和参数优化提供了参考依据。     

锻造机械臂液压系统设计及仿真

锻造机械臂主要运用于锻造自动化生产线内各设备间的锻件转运工作,是实现锻压自动化的重要设备之一。针对全液压锻造机械臂重载、高精度、快响应、动作平稳灵巧的要求,对锻造机械臂运动控制进行研究,加入消除齿侧间隙、动作安全保护、运动稳定性的控制思路,在此基础上设计了锻造机械臂的液压系统回路。并运用仿真手段验证了系统设计的正确性与参数设定的合理性。     

基于关节极限的冗余机械臂混沌动力学及控制

考虑关节位移极限指标,研究冗余机械臂系统动力学特性及延迟反馈法对系统混沌运动控制。以平面3自由度机械臂为研究对象,利用Jacobian矩阵伪逆法得到平面机械臂系统的动力学模型。基于关节位移极限指标,建立冗余机械臂系统的混沌动力学状态方程,采用龙格库塔法对模型求解,利用相图、Poincaré图及Lyapunov指数图等进行分析。结果表明基于关节位移极限的冗余机械臂的自运动表现出混沌现象。在此基础上,利用延迟反馈法进行混沌控制,得到在合适的扰动权重参数条件下,延迟反馈控制能使冗余机械臂的混沌运动稳定在周期轨道上,且发现在混沌吸引子内存在除1倍周期以外的2倍周期以及3倍周期窗口,通过选取不同的扰动权重能使系统稳定在不同的周期轨道上。