4-DOF串联仿生机械臂动力学建模方法

串联机械臂在仿生机械、工程机器人中得到广泛应用,如何建立有效的串联机械臂系统动力学模型,解决好模型求解的精度和实时性问题是深入开展机械臂运动控制研究的基础。分别采用牛顿-欧拉法、基于动能积分法的拉格朗日方程和基于等效动能法的拉格朗日方程3种求解机械臂动力学模型的方法,对某仿生螳螂前臂四自由度机械臂进行建模研究,通过具体求解过程对比分析了上述3种方法的实时性、精确性和通用性,为该串联机械臂的运动控制研究提供支撑。

基于FPGA的4自由度机械臂控制系统设计及实现

以FPGA为核心控制器，选用高效的空心杯电机、高精度的电机驱动器及高性能的增量式光电编码器设计了一个连杆结构的4自由度机械臂。在QuartusⅡ软件平台中，设计了FPGA与上位机PC的串行通信接口及光电编码器信号采集电路．对编码器输出的信号进行了滤波、四倍频和鉴相设计。基于VC＋＋设计了上位机PC人机交互控制界面，实现了对机械臂单关节和多关节联动的控制。实际应用表明，设计的4自由度机械臂能较稳定、灵活地完成用户指定的动作及目标物体的抓取和搬运．证明了设计的合理性。

可实现空间取放作业的4自由度并联机器人机构综合

本文旨在解决非过约束4自由度并联机构综合这一机构学难题.在总结已有的4自由度并联机器人综合结果的基础上,结合运动子群的概念和螺旋理论的方法,技术性地解决了约束数目和支链数目之间存在的矛盾.利用解析的手段给出了一套全新的非过约束对称4自由度并联机构设计方法.定义了一系列便于综合该机构的概念,分析了该类机构必须具有的拓扑结构,得出两种类型的该类并联机构.给出了满足设计条件的运动副组成情况及空间装配条件,最后给出了典型机构的设计范例.

真空手套箱过渡室自动化设计

生物自动化实验中,存在传统手套箱孔板易侧翻、过渡室舱门需要人工判断气体成分是否稳定,及过渡室内物品无法平稳移动等问题。针对以上问题,设计新型手套箱系统,针对手套箱过渡室进行重新设计并增加辅助机械臂。为适应现代实验室对采样的需求,在所设计的手套箱系统的过渡室内引入直线电机传输系统,以电缸驱动舱门开闭;设计定位夹具对试剂板进行放置与运输,并采用倒置机械手进行内部物品的抓取与摆放;对整体系统的控制硬件以及工艺流程进行设计,通过多种传感器实现过渡时的高度自动化;从控制层面对系统进行分析,运用D-H法对机械臂进行运动学分析并通过MATLAB对机械臂空间可达性进行分析。结果表明:所设计的系统具有可行性,能够避免误操作,实现高度自动化,适用于大部分生物实验室。

四自由度机械臂运动学分析及Matlab仿真

针对开发的两轴平行两轴耦合特点的四自由度机械臂UsstRobot提出一种改进的代数解法,采用Denavit-Hartenberg方法建立以关节角为变量的机械臂运动学模型,运用矩阵逆乘的方法分离变量,求得了运动学正解和逆解;采用三次多项式插值的方法对机械臂轨进行规划,将运动学解导入Matlab Robotics Tool仿真,得到各关节角度及速度,加速度与时间关系曲线。运动学解及仿真结果在机械臂实际运动中得到了验证。

一种新型四自由度并联机构设计与分析

根据放大尺原理构建具有大缩放比的六自由度菱形运动支链和四自由度菱形运动支链,将其作为并联机构组成支链,提出一种具有结构紧凑、工作空间大的新型四自由度并联机器人机构.依据等效替换原理,将菱形机构虚拟轴用传统串联运动支链的实轴替代,得到新型四自由度并联机构的等效模型.利用螺旋理论分析了新型并联机构等效模型各支链的运动螺旋系和约束反螺旋系,确定并联机构动平台具有两个移动自由度和两个转动自由度.

基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究

运用D-H法建立机械臂运动学方程,根据所求方程采用数值法进行分析,并用MATLAB软件对分析结果进行仿真,得到机械臂的可达工作空间图。用Robotics Toolbox对该机械臂的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行仿真,得到各关节角的位移、速度、加速度与时间关系曲线,为后续机械臂控制系统设计、动力学分析以及轨迹规划等提供理论基础。

四自由度模块化机械臂运动学建模

首先根据四自由度(MT-R)模块化机械臂的结构特点和运动学约束,利用D-H算法对机械臂进行表示和建模,得到了以关节角度为变量的正运动学模型。利用矩阵逆乘的解析法求解机械臂逆运动学的完整解析解;最后通过仿真和实验验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性。验证结果为机械臂末端执行器的精确定位和轨迹规划提供了理论依据。

极限位姿工况下四自由度机械手力学特性

针对四自由度机械手工作时手臂易发生弯曲、疲劳断裂等问题,构建了机械手的有限元模型,对极限位姿状态下的水平最大伸展位姿与垂直最大伸展位姿的机械手进行仿真实验,验证了其可靠性,并对机械手进行相应的物理样机实验。结果表明:在两种极限位姿工况下,机械手的最大应力均位于小臂的连杆上端,最大位移则位于机械手前臂的前端,其中最大应力为19.131 MPa,最大位移为0.278 mm。同时通过对有限元计算分析结果与实验结果的对比分析,仿真结果与实验结果数据基本一致,验证了机械手有限元分析的正确性。

基于教学的关节型机械手的结构设计

本文设计了一种用于教学的4自由度关节型上下料机械手。该机械手主要由旋转底座、大臂、小臂和末端执行器等组成,采用步进电机驱动机械手的运动。大、小臂采用平面连杆机构串联而成,可实现腕部关节的平动。末端执行器采用齿轮回转型夹持器,工作可靠,结构简单。

基于SimMechanics的四自由度机械手控制系统机液耦合仿真

为了研究四自由度的工业机械手运动轨迹,提出了利用Sim Mechanics工具箱建立机械手仿真模型。仿真结果表明:可以有效得到机械手的运动参数,机械手可以准确执行运动轨迹,关节运动快速平稳没有冲击,为机械手机械和液压建模提供了一种方便的工具。

3T1R并联机构运动学分析与优化设计

提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。