一种协作机器人工作空间灵活度的求解方法

传统机器人工作空间灵活度主要采用逆运动学方法(IK)进行求解,而偏置的存在导致协作机器人的逆运动学求解困难,无法求解其工作空间灵活度.为此,提出了一种不需要进行逆运动学求解的改进方法.首先,对机器人偏置进行定义,并分析IK方法的不足.然后,借助服务球的概念得到满足服务点条件的几何约束,通过该几何约束得到求解灵活度的误差模型,并提出影响灵活度求解的误差参数E及工作空间灵活度指标λ.接着,分析改进方法中的参数n、n0、n1对E、λ的影响,并确定该参数的取值.最后,对比改进方法与IK方法可知,在保证求解准确性的前提下,改进方法比IK方法的求解时间短、计算效率高.通过求解具有偏置的协作机器人工作空间灵活度,证明了改进方法具有适应性强的特点.

深海液压机械手连杆参数优化研究

搭载在工作级遥控潜水器上的液压机械手在深海作业中应用广泛。在几千米的深海中,深海液压机械手需承受几十兆帕的高压,由此带来的密封问题限制了深海液压机械手的构型和各关节驱动器的结构。为寻求最优的深海液压机械手连杆参数配置,结合深海液压机械手的特点提出全局工作空间下的灵活度和可操作度性能指标,并对其计算方法进行改进,改善了蒙特卡洛法造成的点集局部密集或稀疏的情况;利用遗传算法对深海液压机械手的连杆参数进行优化,得到了基于全局工作空间下的灵活度和可操作度性能指标的最佳连杆参数配置。通过深海液压机械手的运动仿真分析表明:经过优化后的深海液压机械手的部分位姿出现局部性能指标下降,但其关节运动速度波动情况得到改善,整体性能得到提升,验证了优化方法的可行性。

关节联动的单孔手术机器人运动解耦方法

针对单孔腔镜手术机器人的执行器械从驱动空间至操作空间的强运动耦合问题,研究关节联动构型,实现运动解耦,简化运动学模型.首先分析联动构型的运动特性并设计滚轮约束式铰接关节.继而研发了7自由度的联动构型器械,它可实现2自由度的"联动展开".建立了D-H(Denavit-Hartenberg)模型,分析联动构型器械的位姿分离,并通过解析法直接求解逆运动学.然后基于立体角度量手术器械末端在给定点的灵活度,优化联动构型器械的远端段关节布置.实验表明,联动构型器械末端的姿态只取决于远端段关节,"联动展开"只改变器械末端的位置.驱动空间至关节空间的最大误差小于3°,近端段与远端段的驱动之间互不干扰.