基于D-H变换矩阵的Stewart型并联机床位姿方程及运动学反解

以D-H变换矩阵为建模工具,建立了包含铰链结构、支链类型、铰座安装位姿、杆件结构尺寸和运动参数等各类几何特征信息的6自由度并联机床的通用位姿方程,并进行了运动学反解。得到了以显式表达的主、从动关节运动参量计算公式。

机械手位姿方程组的计算机自动生成及求解

对于只含 (或简化后只含 )R ,P ,C和H副的串联机械手 ,已知运动副类型和相应的机构参数等信息 ,在计算机上用完全有效元素法自动生成其矩阵形式的位姿方程 ,通过三角变换进一步自动建立由 9个以上多项式方程组成的多项式方程组 ,并采用m≥n的结式消元法求解。本文的特点是完全利用了位姿矩阵方程中的 9个有效元素 ,所得解即为机械手的运动学解 ;用m≥n的结式消元法消元得到便于求解的三角型组 ,并用计算机一次完成了方程组的建立和求解。

柔性灵巧手的控制系统设计与仿真

针对软体机器人容易侧弯、刚度低、安全性差等问题,以三自由度软体驱动器为基础设计了一种具有上下弯曲和左右侧摆功能的柔性灵巧手,在此基础上建立了柔性灵巧手位姿方程,接着在分析了手指抓持策略后,提出并建立了一种灵巧手指力/位置控制系统,然后利用Simulink对控制系统进行仿真,最后完成实验验证。结果表明:灵巧手指力/位置控制系统满足实际力学特性要求,并且控制器参数中比例调节系数为7.5,积分调节系数为10000,微分调节系数为0时,系统具备最佳的控制性能。

基于多腔软体驱动器的柔性手指设计

针对现有软体柔性手指运动自由度少的问题,设计了一款基于气动多腔软体驱动器的柔性手指。基于软体动物的运动特征,对多腔软体驱动器的结构进行了设计;根据虚功原理,建立了软体驱动器的力学模型和柔性手指的位姿方程;利用Abaqus CAE有限元仿真软件对柔性手指进行了力学仿真,得到了柔性手指偏转角度与输入气压的关系曲线;以单向转动软体驱动器为研究对象,通过输入特定气压值来分析其偏转角度与输入气压的关系,并对比了偏转角度—输入气压关系曲线的理论计算、仿真分析和试验结果的差异。试验结果显示,在偏转角度为0°~80°时,单向转动软体驱动器理论计算、仿真分析与实际测得的偏转角度—输入气压曲线的变化趋势基本一致。研究表明,所建立的单向转动软体驱动器力学模型能够较为准确地描述驱动器偏转角度的变化,所建立的手指位姿方程能够根据各关节的偏转角度求得手指各个节点的空间坐标,为手指的运动控制提供了基础。

三维缝纫机械手的设计

针对缝合三维纺织复合材料构件作业对缝合设备的需求,设计了一种伺服电机驱动的五自由度缝纫机械手,介绍了其主要结构。根据单边缝合法原理,利用曲柄滑块机构设计了一种单边缝合机构。运用D-H法构建了机械手的坐标系,推导了其位姿方程并求得逆解,作为控制系统设计的基础。

非结构路面下基于扭矩控制的星球车建模与仿真

针对月壤土质松软、参数不一致所引起的滚动阻力多变的情况,提出了基于最优功耗的扭矩控制方法,可有效减少车轮的滑移现象;通过星球车位姿方程及静力学模型,并结合轮壤作用试验数据,利用Matlab在模拟复杂路面状况下的最优功耗条件对扭矩控制算法进行了仿真检验,通过对车轮滑移率的监控发现将土壤参数不一致性所产生的扰动作为附加滚动阻力反馈给系统进行调节,星球车运行平稳且各轮下滑移现象明显降低,明显优于单纯的速度控制模式。

D-H坐标系下两栖机器鱼正向运动学分析

应用机器人运动学求解常用方法—D-H法,以自行研制的两栖机器鱼为研究对象,在对机器鱼摆动运动模型简化处理的基础上,建立了机器鱼的机构简图及各个关节坐标参考系,并借助matlab软件求解矩阵,进行典型的正向运动学分析。推导出尾鳍的运动方程,借鉴此方法可以依次求得机器鱼各个关节的位移方程,速度方程,加速度方程。这种方法简化了解析计算,加快了迭代速度;为机器鱼的检验,校准提供依据及为机器鱼做运动仿真提供了运动参考。

3-SPR并联机构的隔振性能分析验证

对航天器或者雷达天线进行隔振是减少其受到振动载荷的有效方法。采用一种基于3-SPR并联机构的稳定平台进行主动隔振。建立上平台坐标系、下平台坐标系、全局坐标系,分析推导3个坐标系的姿态变换矩阵,将3-SPR并联机构作为稳定平台进行运动学和静力学特性分析,建立包含下平台和上平台同时运动的运动学公式及其静力平衡方程和静力传递矩阵,提出主动隔振原理和隔振控制方法,并进行算例验证。为该并联机构稳定平台的优化设计和工程应用奠定理论基础。

大口径光学元件五自由度抛光机械手的设计

多模式组合抛光大口径光学元件是提高加工效率和加工精度的有效方法。作为加工系统的重要组成部分,抛光机械手的设计是实现多模式加工的关键。分析了多模式加工的主要运动方式,提出了对抛光机械手的具体要求。设计了一种5自由度抛光机械手,介绍了其主要结构。由D-H法建立了机械手的坐标系,推导出其位姿方程并求得逆解,为后续控制系统的设计奠定了基础。