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SimMechanics的六自由度机械臂仿真研究

运动学和动力学分析对机械臂的研究具有很重要的作用。以往对机械臂的研究方法均需要建立复杂的数学模型和程序,而Sim Mechanics具有简单、快捷获取动态系统的模型的功能,并且系统建模方便直观,仿真功能强大,可以在模型中通过改变结构,优化系统参数,在仿真环境中分析结果。利用Sim Mechanics的上述优点,以工业六自由度机械臂ER10为研究对象,将SolidWorks建立好的机械臂ER10模型导入到MATLAB/SimMechanics仿真平台中,生成对应的仿真模型,并且在运动仿真平台中,通过在机械臂模型添加末端位姿信号和各个关节信号(角度函数,力矩值),全面地对机械臂进行运动学和动力学分析。     

机床冷却系统六自由度机械臂控制机构设计

六自由度机械臂控制机构包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头。其主体架与吸附底座相连,机械臂一端可转动地设于主体架下端,另一端与摆动头相连;摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构,喷头通过摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。该机构能围绕主轴实现360°旋转,避免喷射死角、盲区;同时利用具有多自由度的机械臂,能准确定位喷头位置,提高灵活性和通用性。     

六自由度机械臂反向动力学递推算法研究

针对多自由度串联型工业机械臂反向动力学求解问题,提出一种基于解耦自然正交补的反向动力学递推算法。通过六维旋量描述相邻连杆的速度约束,用自然正交补矩阵构建关节速度与六维旋量之间的关系。采用非解耦的Newton-Euler方程建立机械臂的动力学模型,当考虑连杆间的速度约束时,将该动力学模型用基于自然正交补的方法进行解耦,形成机械臂反向动力学递推算法,得到动力学模型的最小阶形式。以KUKA KR5六自由度机械臂为例,在仿真环境下对所提算法的有效性进行验证。结果表明:与其他4种算法相比,该算法计算复杂度低、计算效率高;该算法计算效率比ADAMS高67.7%。     

NMPC算法下六自由度机械臂避障轨迹规划

针对机械臂在空间避障轨迹规划的需求,提出一种基于NMPC的六自由度机械臂避障轨迹规划算法。与以往的避障算法相比,该避障算法在规避障碍物的同时可以对运动轨迹精度进行控制。首先,建立六自由度机械臂自主防撞最优控制模型。其次,为了保证系统的时效性,对复杂的六自由度机械臂系统进行线性化处理,并且通过剪切搜索的方法来寻找最优解。最后,使其在满足控制约束和轨迹约束的前提下,达到自主避障效果。通过MATLAB对该算法进行仿真验证,结果表明：该方法能够有效地规划出满足机械臂性能要求的无障碍运动轨迹,实现机械臂在动态环境下的防撞控制,有效提高机械臂的运行安全。     

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。     

基于ROS的6自由度机械臂运动轨迹规划

针对多关节机械臂作业效率和安全性的运动规划问题,以开源机器人操作系统ROS为仿真平台进行了机械臂运动规划研究.利用Solidworks建立机械臂模型,经SW2 URDF生成XML格式描述的机器人URDF文件.利用ROS Moveit!中的设置助手Moveit!Setup Assistant完成了运动规划相关文件的配置....     

基于改进粒子群算法的六自由度机械臂时间最优轨迹规划

针对六自由度机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种基于改进粒子群算法的4-3-4混合多项式插值轨迹规划算法。算法采用自适应惯性权重,它能根据搜索过程的各个阶段采用相应大小的权重,有利于跳出局部最优陷阱,保持粒子群多样性;以非线性学习因子代替传统粒子群算法中固定的学习因子,有效提高算法的收敛速度和求解精度。通过MATLAB进行仿真验证,结果表明改进粒子群算法收敛速度提高46%,寻优精度提高38%,同时机械臂轨迹规划时间缩短了大约36%,充分地证明了该轨迹规划算法的可靠性和优越性。     

基于三次B样条的六自由度液压机械臂轨迹规划北大核心

六自由度液压机械臂具有更高的负重比,但由于液压关节存在响应时滞,易导致机械臂末端执行器行进轨迹出现偏离。为此,提出一种基于三次B样条函数的轨迹纠偏算法。利用改进的D-H参数法标定液压机械臂关节的空间位姿坐标,构造三次B样条函数。根据B样条曲线中当前节点向量的分布,确定相关的示教点与控制点,得到节点向量随时间变化的序列值;对分割后的B样条进行插值处理,可有效纠正液压机械臂的轨迹偏离现象。结果表明:所提出的纠偏算法能够从3个轴向控制移动轨迹出现的局部偏差,使液压关节的力矩误差、角速度误差和加速度误差被控制在较低的范围内。     

基于径向基函数神经网络控制的机械臂轨迹误差研究

当前,机械臂关节运动轨迹容易受到外界环境的干扰,导致运动轨迹不稳定,抖动现象特别严重,不能很好地满足轨迹跟踪任务的要求。对此,文中创建机械臂双关节运动简图模型,采用径向基函数(RBF)神经网络自适应控制方法跟踪机械臂关节的运动轨迹。分析了机械臂运动轨迹所产生的误差,设计了机械臂关节神经网络自适应控制器,引用李雅普诺夫函数对控制器的稳定性和收敛性进行了证明。结合具体实例,借助于Matlab软件对机械臂双关节的运动轨迹追踪误差进行仿真。同时,与模糊PID控制的仿真误差进行对比和分析。仿真曲线显示,机械臂关节采用RBF神经网络自适应控制方法,运动轨迹追踪所产生的误差较小,输入力矩的振动幅度相对较小。因此,机械臂关节末端采用RBF神经网络自适应控制器,可以降低运动轨迹的跟踪误差,改善振动现象。     

基于Kinect V2.0的6自由度机械臂控制系统的实现

机器人控制技术的不断发展,人与机器人之间的交互方式正朝着方便、快捷的方向发展。为了实现机器人控制的便捷性,采用自然用户界面(NUI)交互方式,设计了一种基于Kinect V2.0体感传感器的6自由度机械手臂控制系统;该控制系统以VS2015+Kinect SDK2.0为编程环境,编制控制程序;以Kinect V2.0骨骼数据控制6自由度机械手臂;使用人体肩、肘的旋转角度和抓手动作,分别来控制机械手臂的6个关节;通过串口通信方式,以Arduino为下位机硬件核心,验证了该方法的有效性。实验表明,此基于NUI交互方式的控制系统能有效且快捷地控制机械臂进行物体的抓取。     

基于OpenGL航空工业机器人手臂运动学仿真

以两种航空工业机器人(SCARA/PUMA)为研究对象,将其三维模型转换为STL文件。通过分析该三维模型的STL文件,研究数据存放的规律。在VS 2003的MFC中加载OpenGL的图形编程库,读取并显示STL文件中的机器人模型。根据机器人建模知识,进行运动学仿真,实现驱动模型实时显示功能。该方法对机器人手臂运动学分析有一定的通用性,为航空产品加工、制造及维护提供参考。     

巨型机械臂结构动态应力测试与强度分析

某巨型机械臂设计过程中使用了基于Pro/E、ADAMS和ANSYS平台的虚拟样机技术,进行了动力学仿真和静力学计算。为确保设备运转安全可靠,对巨型机械臂进行了动态应力测试,分析其运动过程中主体结构的应力分布,测试数据与ADAMS/ANSYS平台的联合仿真计算结果一致,确定了巨型机械臂的强度安全,证明了基于Pro/E、ADAMS和ANSYS平台的联合仿真计算技术路线对特种大型复杂机械设备研发具有很强的推广性。     

六自由度搬运机械手液压系统的设计

在分析车轮轮毂生产线技术需求的基础上,设计一种六自由度液压搬运机械手结构与控制系统,分析了液压系统的工作原理。为使液压缸的输出力最小,建立了液压缸输出力与结构参数的数学模型,并基于Matlab软件对机械手结构进行优化设计。最后对液压系统的关键部件进行了设计计算与分析,分析表明:该液压系统完成了对机械手的伺服控制,满足汽车轮毂搬运要求,该研究为同类工业机器人液压系统的设计提供了参考。     

五自由度小型示教机械臂设计

设计了一种五自由度的机械臂,为了解决运动学分析结果不易验证以及在实际本体上实验成本较高的问题,制作了一套简易五自由度小型示教机械臂模型。通过D-H法对机械臂运动学进行分析,然后在MATLAB上执行运动学仿真,运用蒙特卡罗法对示教机械臂的工作空间进行求解,仿真结果验证了预期设计目标。此外,对机械臂轨迹规划、运动仿真进行实验验证,实际结果与运动学分析的结果保持一致。     

基于作业轨迹约束的机械臂多闭环标定方法

为了解决机械臂标定方法成本高、效率低的问题,对低成本的机械臂实时标定方法进行研究。选择低成本的双目相机为测量设备,基于微分变换理论阐述连杆参数误差辨识模型的建立方法;以作业轨迹和靶标可视性作为约束条件,采用逆运动学算法生成测量构型库;在此基础上通过DETMAX优化算法挑选出合适的构型用于建立辨识模型,并提出一种矩阵平衡方法改善模型性态水平;与此同时,还采用K-means聚类算法将所选构型进行划分,以此作为多组中间姿态输入至控制系统生成若干条平滑的作业-标定轨迹;最后,仿真验证了新方法在不同强度测量噪声下的连杆参数误差辨识精度。结果表明：矩阵平衡法将辨识模型观测指数由10.6提升至6.2×104,同时将其条件数由1.2×103降低至37.8,显著改善了模型性态水平;良态辨识模型使得绝大部分连杆参数误差辨识结果不易受测量噪声影响;距离测量噪声标准差由0.1/3 mm提高至1/3 mm时,DH误差平均辨识偏差仅由1.1%增大至1.4%。因此新方法能够满足机械臂低成本、实时、高精度的标定要求。     

基于熵不确定性概念的机器人位姿精度理论(六)——位姿精度分析的计算机仿真系统

基于熵不确定性概念的机器人位姿 精度评价指标的大小同机器人各参数误差的大小及其概率分布有密切的关系。本文将建立机器人位姿精度分析的计算机仿真系统，利用统计模拟方法，通过改变由机器人机构误差源误差引起的各参数的大小及概率分布，考察评价指标的相应变化，找出影响评价指标的因素。     

基于简化形式的Jacobian矩阵的牛顿迭代法求解6自由度机器人逆解算法

为解决一般6自由度机器人的逆解问题,提出一种基于简化的Jacobian矩阵形式的牛顿迭代算法逐次逼近目标位姿的逆解算法,由于简化的Jacobian矩阵不是方阵,需采用SVD分解求广义逆来避免奇异性问题。该算法有较好的局部收敛性,能够达到较好的速度和精度。     

一种选择性柔性五自由度机器人的运动学分析

介绍一种新的选择性柔性五自由度机器人,以D-H矩阵为基础建立了机器人的运动学方程,利用代数解法直接推导出逆运动学的解。进行Matlab数值仿真求解出机器人的可达工作空间,进行ADAMS仿真,给出机器人末端执行器中心在x,y,z轴的位移、速度、加速度曲线,利用所测数据证明推导的运动学方程正确性。仿真结果表明,机器臂可平稳安全到达工作空间内指定位置,从而验证结构设计的合理性,为后续结构优化和运动控制提供依据。