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...     

新型四轴码垛机器人机构设计与动力学仿真分析

目的针对生产线码垛作业,设计一种四轴码垛机器人以满足货物搬运需求。方法利用平行四边形机构对码垛机器人进行结构设计。根据码垛机器人的结构特点,采用运动D-H方法对该机器人进行运动学分析,通过SolidWorks建立码垛机器人实体模型,并将其导入Matlab中,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真模型,再利用Simulink添加控制模块、驱动模块和检测模块,建立完整的仿真模型。通过SolidWorks与Matlab两者的结合进行机器人动力学仿真分析。结果运用SolidWorks与Matlab联合仿真,可以缩短设计周期,有效地获取其动力学特性参数。结论四轴码垛机器人可以有效解决生产线上的码垛作业问题。     

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。     

机器人机构运动学方程的完全解及其运动设计方案的优选

简述了一种能求得非线性方程组完全解的数值方法－－连续法的基本原理及其发展状况，该方法既能可靠求得机械运动学方程的全部精确解。又有用于求机构优化设计的全部优化解，从而有利于机构运动设计方案的优选，同时对其他各学科中的非线性问题的求解也具有重要参考价值。     

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。     

机器人控制系统的模块化设计

为提高机器人控制系统设计的工作效率,提出基于模块化思想的控制系统设计方法。把控制系统的硬件部分和软件部分按功能分解成一系列标准模块,将标准模块按照实际需要的设计结构进行组合,即可实现机器人控制系统的设计。采用这种模块化方法实现机器人控制系统设计上的简单化,功能上的灵活化。     

智能搬运机器人设计与制作

本设计是一台能够应用于石油行业,代替放射性测井工作人员搬运、安放放射性物质的智能搬运机器人。机器人采用飞思卡尔半导体公司16位单片机MC9S12DG128B作为控制核心,嵌入μC／os—Ⅱ实时操作系统,融合了传感器技术实时监测现场温度湿度,图像等信息,机器人采用越野性能优越的履带式结构,速度控制应用PD控制,并配有液晶显示屏LCD1602显示运行状态及参数,通过标准RS232无线通讯可远程连接Pc上位机软件,通过操作控制器遥控机器人,控制距离可达300米。     

电力隧道自动巡检机器人设计与运动仿真

针对现有电力隧道巡检机器人自动化程度不足、视野和观测角度有限的问题,设计了一款子母式自动巡检机器人。其中：具有移动功能的巡检机器人母机能够完成主要的日常巡检工作,并具备越障、避障能力;具有攀爬功能的子机能够完成复杂环境、极限角度条件下的勘测任务。子、母机共同协作可完成整个电力隧道的自动化巡检。首先,基于总体功能需求,提出了巡检机器人各模块的具体形式,并完成了其自动巡检的逻辑系统分层设计。然后,基于虚拟样机技术,在ADAMS (automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)软件中建立电力隧道运行环境,并结合运动学仿真分析结果优化巡检机器人母机的结构,以提升机器人在隧道内作业的平稳性并确保其所搭载的传感器均能正常工作。结果表明,母机结构优化后,巡检机器人能够平稳运行,传感器平台的抖动幅度在5 mm内,且搭载的各传感器均能正常工作,验证了该机器人方案设计的合理性。相关理论研究结果可为电力隧道自动巡检机器人物理样机的研制提供可靠的技术支撑。     

机器人机构仿真与设计软件实用化研究

介绍了作者开发的机器人与设计软件ＲＭＳＣＳ的总体结构与功能，该软件为机器人的造型、设计和应用提供了一个方便工具，并阐述了机器人机构仿真与设计软件的设计方法。     

快递包裹码垛机器人设计与腿部功能仿真

目的设计一种快递包裹码垛机器人,以更好地完成快递包裹的分拣与码垛工作。方法通过Inventor软件建立整机三维模型,运用D-H齐次坐标变换矩阵建立其左前腿运动学方程,基于ADAMS虚拟样机技术对该快递包裹码垛机器人腿部结构进行结构优化,并对该机器人分别实施滚动式水平面行走、吸附式爬壁行走的功能特性进行深入分析。结果得出腿部优化设计变量对转角的敏感度,最终得到最佳腿部结构,大腿关节转角活动范围可达到27.34°,重心高度稳定在340 mm左右,重心稳定。结论仿真结果表明,该快递包裹码垛机器人具有机构设计合理、运动稳定可靠、动作灵敏等特点,为现有快递行业提供了一款节省人力及时间的劳动工具。     

基于智能体的仿人机器人分层控制系统

提出了基于智能体的仿人机器人分层控制思想,构建了由主控层、通信层和执行层三部分构成的仿人机器人分层控制系统.机器人执行层分为多个独立的智能体,每个智能体具有控制器、必要的传感器和关节驱动器,机器人的伺服控制由这些智能体实现.这样整个系统能够充分发挥智能体的反应性、自治性、预动性和社会性等特性,不仅可以直接处理原始传感器数据,而且可以单独或通过多个智能体之间的协调直接对机器人的一些异常情况进行处理,如机器人遇到障碍物、机器人连杆臂碰撞等,可以提高仿人机器人的稳定性和实时性.实验结果表明,相比传统的分布式控制系统,采用基于智能体的分层控制系统可以提高机器人的稳定性和实时性.     

一种球形机器人高速直线运动的自适应控制方法

具备高速精准运动能力是球形机器人技术发展的重要方向.针对高速运动状态下外界扰动和系统抖振等因素对球形机器人精准直线运行产生的影响,开展面向高速直线运动的分数阶自适应分层积分滑模控制方法的研究.提出面向高速直线运动的球形机器人标准动力学模型并且以此作为控制方法的研究基础,将积分项和分数阶微积分项与分层滑模控制方法相结合,...     

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.     

基于可拓自适应理论的三轴并联机器人控制系统设计

为了提高并联机器人的轨迹跟踪控制精度,以平面二自由度并联机器人为研究对象,构建了一种可拓自适应控制器用于其控制系统中.利用自适应控制器善于处理不变和慢时变问题,可拓控制器善于处理时变和突变问题,将2种控制器的优点结合起来,设计了一种新型的可拓自适应控制器.仿真结果表明,可拓自适应控制器能较大地提高并联机器人关节位置精度和末端执行器的轨迹精度,能够满足机器人的控制要求.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对并联机器人的控制具有普遍的应用意义．     

面向IC制造的净化机器人

针对集成电路制造中环境洁净度与硅片传输任务的需求,提出了一种由径向直线伸缩机构以及旋转、升降运动模块组成的新型三自由度R-θ型净化机器人.该净化机器人采用两组行星轮系组合来实现关键的径向直线伸缩运动,并合理配置密封来实现上述需求.通过运动分析给出了实现径向直线伸缩运动的必要条件,进行了净化机器人的运动学与动力学分析.同时采用交流伺服电机作为驱动元件,基于MPC02运动控制卡作为上位控制单元构建了开放式控制系统.实验研究表明该净化机器人具有较高的速度、重复定位精度与应用洁净度.     

全向移动机器人驱动轮同步转向机构设计

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的驱动轮同步转向能力差的问题,设计了驱动轮同步转向机构。首先,基于虚拟样机技术分析了该同步转向机构的工作原理,并将它应用于轮式全向移动机器人。然后,利用运动学原理对加入同步转向机构机器人进行运动学分析,得到了电机输入转速与驱动轮转向速度之间的关系。最后,根据系统结构参数研制了一款主要应用于工厂物料搬运工作的产品样机并进行实验验证。机器人横向移动实验结果表明,该机器人可以通过不同方式进行全向移动,验证了该机器人的全向移动功能。研究表明同步转向机构的应用降低了轮式全向移动机器人控制难度,实现了机器人高速、高精度、高稳定性全向移动。     

一种新型并联机械手的正、逆模型分析

结合虚轴机床的结构特点,运用矢量法推导了两平动自由度机械手位置的正、逆解解析模型,满足机械手的实时控制要求,解决了数控系统中轨迹控制和位置显示问题。研究成果已成功地应用于一台新型并联机械手的开发。     

脑外科机器人结构分析与参数优化设计

为实现脑外科机器人在脑外科手术中辅助医生进行精确导航定位,进行了机器人结构灵活性及手术空间要求的研究.首先,研制了一种五自由度脑外科机器人结构,利用D-H方法计算了机器人运动学的正反解方程.其次,运用MATLAB软件对机器人的工作空间、灵活性及手术空间进行了可视化仿真,仿真的结果表明该机器人结构可以用来辅助医生选择最佳手术路径,并以上述分析为依据提出了一种机器人结构参数优化设计的方法.最后通过手术模拟试验验证了所设计的机器人灵活性满足脑外科手术要求.     

Fast-growing forest pruning robot structure design and climbing control

According to the requirement of fast-growing forest pruning operation,the pruning robot was developed.The structure and control system of pruning robot were described,the work flow of pruning robot was expounded.The type and structure of the driving motor and the compression spring were decided with force-balance analysis.The tilt problem of pruning robot was resolved by ADAMS and Matlab co-simulation,and the control scheme of climbing mechanism was determined.The experiment results of the prototype indicate that pruning robot can climb tree trunk smoothly at a speed of20 mm/s and cross the raised trunk.The pruning saw which is driven by the adjustable speed motor can cut the branches of30 rnm,And the residual amount of branches is less than5 ram.Pruning robot can meet the practical requirements of the fast-growing forest pruning work.     

基于模糊PID的足球机器人运动控制研究

通过对足球机器人运动学模型的分析,考虑到系统的时滞性、非线性等特点,提出将模糊控制和传统的PID控制相结合的控制方法,应用到足球机器人系统的运动控制中,通过PID控制实现控制的准确性,利用模糊控制提高控制的快速性。详细介绍了足球机器人模糊控制系统的设计过程,并在仿真和基于视觉足球机器人平台上对该算法进行了验证,结果表明了该方法的可行性。