关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后,搭建机器人控制系统实验平台,实验结果表明,所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动,精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务,满足实际生产工作要求。     

一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法

提出一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法,以实现移动平台和机械臂两者间位姿标定与机械臂运动学参数标定模型的统一.机械臂运动学参数标定使用最多的是基于D-H参数法,但D-H参数法无法克服相邻关节平行或接近平行时的奇异性问题,以及建模过程复杂、建模后的模型通用性差等问题.基于指数积的移动机械臂联合标定方法建模时不会因为关节轴平行而出现奇异性问题,建模过程简单.通过对整个系统的运动学方程进行微分运算,获得末端位姿误差和移动机械臂零位状态旋量误差及关节旋量误差的线性化模型.利用伴随矩阵方式建立关节旋量理论值与关节旋量实际值的关系,并通过改变伴随矩阵实现基于最小二乘法的参数辨识计算过程中参数更新.使用高精度激光跟踪仪作为测量工具,通过实验验证所提出方法的有效性.     

基于D-H算法的自主机器人机械臂建模方法研究

近年来,关于自主机器人机械臂控制的研究越来越多,如何快速、准确且平稳地抓取物体一直是研究的难点。用D-H建模方法对四自由度机械臂进行建模,给出了机械臂正运动学方程,并用代数法及几何法给出了机械臂逆解,算出了各关节变量值。最后,通过实验比较了两种逆解方法的有效性,使自主机器人机械臂的控制越来越准确、平稳。     

空间机器人连续运动轨迹控制建模和仿真研究

基于地面机器人常用的D-H 建模方法和空间机器人（SR）满足的动量守恒和角动量守恒原理,提出 了SR 连续运动轨迹控制建模算法．首先基于地面机器人雅可比矩阵的思想和D-H 法,建立了适用于空间机器人 的运动学模型;其次研究了空间机器人的广义雅可比矩阵计算及其连续运动轨迹控制的有效算法;最后通过计算 机仿真验证了所提出算法的有效性．本文基于D-H 方法的SR 概念模型和运动学模型可推广到包含旋转关节和平 移关节的树型结构链杆的任何SR．     

弧焊机器人焊接马鞍型焊缝运动过程仿真

本文针对Motoman-UP6型弧焊机器人,通过分析各连杆臂和关节轴的结构特点,利用修正后的Denait-Hartenberg(D-H)参数法对该机器人结构进行定义,然后建立相邻连杆坐标系间的齐次变换矩阵,从而构建了机器人运动学方程。利用Matlab完成了垂直相交两圆管马鞍型焊缝坐标系建立以及焊接机器人逆运动学解的实现,并利用Solidworks Motion对机器人焊接相贯线焊缝进行运动仿真模拟,最后得到了理想的相贯线焊缝轨迹。     

可视语音中虚拟机器人的运动学分析

针对肢体语言在传递非语言信息的过程中控制的复杂性,利用普通关节型机器人的运动学研究方法,对可视语音研究中的虚拟机器人进行了运动学分析,并为解决二者之间的差异引入了权值运算,从而推导出了虚拟机器人以肢体语言表达非语言信息的运动学方程.研究该虚拟机器人的运动学方法共分为三大步:第一步,利用D-H参数法求出各连杆机构的D-H参数表;第二步,根据参数表建立各个运动系统的运动学方程;第三步,利用权值选择适当强度级别的运动方程.实验表明,该分析方法在研究虚拟机器人随情感强弱变化而做出不同肢体反应的可视语音系统时,能够大大简化分析难度,优化控制.该方法不但适用于虚拟机器人,也同样适用于物理机器人的肢体语言控制,具有很强的实用性.     

基于UR5苹果采摘机械臂的运动学分析及轨迹优化

随着苹果种植面积的不断扩大,传统的人力采摘方式已无法满足生产需求,为此,需积极推进苹果采摘机器人的研发与应用。传统的点对点运动控制会导致机械臂运动不平稳,严重影响采摘效率,因此,以UR5机械臂为研究对象,提出了利用标准D-H参数法解决UR5机械臂的正逆运动学问题,以关节最大速度为约束,结合五次多项式优化机械臂各关节轨迹,使各关节的轨迹平滑,实现机械臂的平稳运动。     

桌面机械手双臂协作试验研究

针对一些工业机器人在较小的工作空间,且对机器人精度要求不高的应用场合,设计使用小尺寸和低成本的桌面机械手代替工业级机械手进行作业任务,同时用两台桌面机械手组成的双臂机械手进行协作完成任务.以桌面机械手双臂为研究对象,采用D-H法对机械手双臂进行建模并进行运动学分析.在运动学基础上结合蒙特—卡罗法求解双臂工作空间,同时对...     

KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真

为研究KUKA机器人的运动情况,讨论了机器人的运动学问题,建立了KUKA KR6机器人坐标系。采用改进的D-H法,确定机器人的连杆运动参数,对机器人的正、逆运动学问题进行分析。利用MATLAB的Robotics Toolbox模块建立机器人模型,完成了KUKA KR6机器人的运动学仿真。通过对空间轨迹仿真,分析了机器人运动过程中的关节稳定性,如位移、速度、加速度变化等。KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真,为机器人焊接系统的马鞍形焊缝焊接提供了理论基础。     

基于运动学分析的工业机器人轨迹精度测量的研究

机器人关节伺服系统的动态误差,是影响其末端执行器运动轨迹精度的一个重要因 素．本文以六轴关节型激光加工工业机器人为研究对象,采用D-H方法建立起机器人连杆坐 标系,在运动学分析的基础上,运用齐次坐标变换矩阵微分法,建立机器人各关节转角的偏 差值与末端运动轨迹精度之间的模型,并在此基础上,利用机器人与外部的串口通讯,对在 关节伺服系统影响下,沿各种空间位置运动时,机器人末端运动的轨迹精度进行了实际测量 ．     

A generalized kinematic modeling method for modular robots

Modular robots can be defined as reconfigurable mechanical arms which can be automatically controlled using suitable motion control software. In this article, a generalized kinematic modeling method is presented for such modular robots. This method can be used to derive the individual kinematic models of all the mechanical elements that make up the inventory of modular units, independently of their geometry and sequence of assembly into a robot. A general procedure is also presented to derive a global kinematic model of any robot configured using these modular units. The kinematic modeling technique of the units is based on Denavit-Hartenberg (D-H) parameter notation. A provision is also presented for converting “non D-H” parameter transformations, obtained in assembling the kinematic chain, into D-H transformations. This D-H conversion feature allows the modeling technique to preserve its generality when a kinematic model is obtained for the specific robot configuration at hand. The conceptual design of modular robot units that is under development in the Computer Integrated Manufacturing Laboratory (CIML) is also presented to show the feasibility of a modular approach to robot design and to clarify some of the mathematical for mulations developed in the article.     

基于D-H法的农业采摘机器人运动协作控制系统设计

为提升农业采摘机器人运动协作控制性能,降低机器人碰撞概率,利用D-H法优化设计机器人运动协作控制系统。改装位置、力矩以及碰撞传感器设备,优化运动协作控制器与驱动器,调整系统通信模块结构,完成硬件系统的优化。利用D-H法构建农业采摘机器人数学模型,在该模型下,利用传感器设备实现机器人实时位姿的量化描述,通过机器人采摘流程的模拟,分配机器人运动协作任务,从位置和姿态等多个方面,确定运动协作控制目标,经过受力分析求解机器人实际作用力,最终通过控制量的计算,实现农业采摘机器人的运动协作控制功能。通过系统测试实验得出结论：与传统控制系统相比,机器人位置、姿态角和作用力的控制误差分别降低了约40mm、0.2°和1.2N,在优化设计系统控制下,机器人的碰撞次数得到明显降低。     

服务机器人智能空间中顶棚投影器建模与外参数标定

研究服务机器人智能空间中顶棚投影器的运动学建模和外参数标定问题.首先,利用D-H方法对投影器进行运动学建模;然后,给出一种全新的求解一类关于旋转矩阵方程组的非线性迭代优化算法,以完成投影器的外参数标定;最后进行了实验验证.实验结果表明,所提出的投影器建模方法和外参数标定算法具有很高的精度,经过标定后的投影器能够在地面上投射出完全按期望路径引导机器人运动的激光斑点,从而实现低成本服务机器人高效和精确地导航.     

Implementation of a Variable D-H Parameter Model for Robot Calibration Using an FCMAC Learning Algorithm

Current robot calibration schemes usually employ calibration models with constant error parameters. Consequently,they are inevitably subject to a certain degree of locality, i.e., the calibrated error parameters (CEPs) will produce the desiredaccuracy only in certain regions of the robot workspace. To deal with the locality phenomenon, CEPs that vary in differentregions of the robot workspace may be more appropriate. Hence, we propose a variable D-H (Denavit and Hartenberg)parameter model to formulate variations of CEPs. An FCMAC (Fuzzy Cerebellar Model Articulation Controller) learningalgorithm is used to implement the proposed variable D-H parameter model. Simulations and experiments that verify theeffectiveness of the proposed calibration scheme based on the variable D-H parameter model are described.     

五指形仿人机械手的设计与实现及示教

设计和实现了一个具有五个手指和手掌的仿人机械手（以下简称仿人机械手）,并利用数据手套对其进行了示教,使其能有效地完成复杂的作业。首先,以现有的仿人机械手研究成果为基础,对仿人机械手进行了优化设计和实现;然后,以数据手套为示教源,对仿人机械手示教模型进行了研究,采用D-H变换矩阵建立了仿人机械手的逆向运动学,解决了示教运动映射问题。最后,利用仿人机械手进行了若干作业实验,实验结果证明了仿人机械手及其示教模型的正确性。     

基于改进型遗传算法的虚拟人上肢运动链逆运动学求解方法

由于人体上肢运动链的高自由度,用传统的几何法、解析法、迭代法等求其逆解较为困难。遗传算法具有很好的寻优特性,但标准遗传算法在求解时容易陷入早熟收敛和后期搜索迟钝。为此,提出了一种改进型遗传算法(IGA)求解的方法。先构建人体上肢运动链的各关节单元,并用D-H方法建立其数学模型;然后仿人类种群现象实现遗传算法的种群多样化和种群初始化,设计具有自适应性能的交叉概率和变异概率算子,从而完成了对标准遗传算法的改进。通过对比仿真计算结果可得,改进后的遗传算法能以更大概率避免陷入早熟收敛和后期搜索迟钝,并以较少的遗传代数寻得高精度逆解。     

钢丝绳传动机器人运动学的支路分析方法

通过研究分析一类[N+1]条钢丝绳驱动[N]个自由度机器人的运动学,其运动学可通过推导移去钢丝绳后开环链机器人关节空间与笛卡尔空间之间的运动学关系和关节空间与驱动空间之间的运动学关系来完成。在基本回路、共轴条件和传动线运动学分析的基础上,提出了用支路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学的支路分析方法。根据钢丝绳传动原理,通过观察法可直接列写支路矩阵和驱动空间等效半径矩阵,从而得到了驱动空间与关节空间之间的运动学映射关系,解耦了由于钢丝绳传动导致机器人关节间的运动耦合。结合传统机器人运动学,实现了驱动空间、关节空间和笛卡尔空间完整运动学映射关系,加快和简化了钢丝绳传动机器人运动学建模和分析过程。以Stanford/JPL手指为例进行了运动学分析和仿真,验证了用支路矩阵和等效半径矩阵描述钢丝绳传动机器人运动学支路分析方法的正确性,为钢丝绳传动机构的设计、运动学分析与控制奠定了基础。     

五指形仿人机械手的数学模型研究

以人手的解剖学研究成果为基础，对具有五个手指和手掌的仿人机械手（以下简称仿人机械手）的数学模型进行研究。首先，以现有的工业机器人研究成果为基础，提出了仿人机械手的坐标系建立方法。然后，从人手的解剖学特点出发，采用D—H变换矩阵建立了仿人机械手运动学模型。