空间机器人预定义任意时间最优轨迹规划

针对双臂自由漂浮空间机器人(FFSR)在太空抓取任务中的轨迹规划问题,设计了一种FFSR系统的可实现误差预定义时间收敛的新型轨迹规划算法,用布谷鸟搜索算法进行参数优化,以实现末端执行器误差的快速收敛并获得平滑轨迹。首先,导出FFSR的基于姿态误差的运动学模型;然后,将累积危险场避碰算法应用于预定义任意时间轨迹规划,实现高跟踪精度的快速避碰轨迹;最后,利用布谷鸟搜索算法对预定义任意时间参数进行优化,得到机械臂低关节角速度的运动轨迹。仿真结果表明所提算法能够在预定义的时间内实现末端执行器误差快速收敛,而且能够得到更平滑的运动轨迹。

大跨度吊装机器人绳索张力及工作空间求解

针对大跨度吊装机器人的绳索存在悬链线效应的问题开展研究。首先,绳索为直线模型,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,绳索存在重力,大跨度绳索为悬链线模型,为了求解悬链线模型中的绳索张力,采用二次规划方法求解绳索张力优化解。在静力学方程基础上,求得吊装机器人的力可达工作空间和力封闭工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明,力可达工作空间小于力封闭工作空间。比较两种模型的绳长,第1根绳索的长度变化最大,绳索张力较小时,绳索自重不容忽略。

基于固定时间的空间机器人阻抗控制

针对在轨装配任务对空间机器人柔顺动作的要求,研究了配备两自由度机械臂的空间机器人固定时间阻抗控制方法。基于固定时间稳定理论,根据空间机器人的运动学和动力学模型,设计了一种固定时间稳定的阻抗控制器,以实现障碍环境下空间机器人的柔顺控制。通过构造合适的Lyapunov函数证明了所设计的阻抗控制器的稳定性。仿真结果表明,所设计的固定时间阻抗控制器在保证机械臂实现良好位置跟踪的同时,能够快速顺应环境变化。

模块化多足机器人腿部工作空间研究

为了使机器人能够适应复杂的工作环境,提出了一种新型模块化可重构多足机器人,其六条腿在正六边形躯体的六个面上均匀分布。机器人具有臂腿转换功能,机器人执行任务时,能够将腿转换成机械臂。首先,基于Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立机器人腿部的数学模型,并进行运动学分析。然后采用蒙特卡洛法对机器人的腿部工作空间进行求解,为后续机器人的运动控制、执行任务提供参考。

焊接机器人的工作空间分析与运动学仿真分析

为推动焊接机器人的进一步发展,文章以焊接机器人的工作空间和运动学仿真为研究内容,首先分析焊接机器人的结构,然后通过构建D-H运动学模型,完成工作空间求解,并分析其灵活性,最后选择合适的仿真软件,模拟点焊工艺,并得出相应的结论,为相关人员提供借鉴。

我国远程工作模式劳动者权益保护的制度建构完善——从空间要素与时间要素维度分析

远程工作模式预计未来会成为我国一种主要的新的灵活用工形态,相比于传统工作模式,发生劳动从属性显著弱化这一劳动关系深刻变化。在我国,远程工作模式劳动者权益保护面临空间要素与时间要素两个维度的特殊劳动法问题,适用既有劳动法相关制度实现劳动者权益保护存在很大障碍,需要基于对其劳动法理论的分析,对既有劳动法相关制度加以建构完善。建议未来修订我国《劳动合同法》,在第五章增设新的专节“远程工作”。

工作空间分区的机器人非概率可靠性标定方法研究

全工作空间域的高精度定位是超大工作空间机器人实现全范围精密作业的关键。本文以提高机器人全工作空间域内参数标定的可靠性和空间适应性为目标,研究机器人自身诸多不确定性的非概率量化方法,分析不确定性参数在不同工作空间域对机器人末端定位精度的影响差异,依据定位精度非概率可靠度指标对全工作空间域分区,提出一种在工作空间分区框架下对机器人进行非概率可靠性标定的方法。实例表明,分区标定补偿后,x、y、z三个方向的误差区间的下界和上界平均值分别下降了40.16%、59.36%和59.08%、40.87%以及54.24%、33.98%,且补偿后的机器人响应速度快,运动过程中波动小,证明了本文方法在缩小全工作域内末端误差范围,提升机器人的绝对定位精度及标定的空间适应性方面的有效性。

6轴工业机器人工作空间快速求解

由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间,提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题,提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间,利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间,并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数,得到可达工作空间。进一步,利用可操作度值评估机器人的灵活性,从可达工作空间筛选出灵活种子空间,利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界,得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象,对本文方法进行仿真分析。结果表明,本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率,为后续的机器人优化设计提供了便利。

1R2T-1R型绳索驱动下肢康复机器人运动学及其工作空间

针对下肢运动偏瘫患者,基于人体下肢运动规律,提出一种1R2T-1R型绳索驱动下肢康复机器人,并建立了完整模型。对该机器人进行运动学正逆解分析,并验证其正确性;基于蒙特卡洛法,在Matlab环境中求解该机器人在力封闭前提下的可控工作空间和实际工作空间,并进行了对比。结果表明,该康复机器人构型设计合理,其工作范围可以满足患者康复训练的需求。研究为后续的参数优化和轨迹规划提供了参考依据。

大型复杂构件加工机器人的本体设计与工作空间分析

大型复杂构件是航天、轨道交通、能源、船舶等领域装备的核心结构件,具有尺寸大、形状复杂、加工精度要求高等特点。目前,能克服龙门设备成本高、柔性和适应性不强等缺陷的机器人化加工系统成为大型复杂构件加工的利器。但现有的机器人化加工系统本体性能存在工作空间小、负载能力弱等问题。因此,提出了一种可作为大型复杂构件加工机器人核心本体的混联机构。该混联机构包括1个执行加工任务的串联机械手和1个6-UPS并联机构;借助6个驱动杆驱动的6-UPS并联机构一方面用于支撑串联机械手并调控其位置,另一方面用于驱动以混联机构为本体的机器人行走,从而实现机器人的机动和工作空间的拓展。进行了串联机械手部分、6-UPS并联机构部分、整个混联机构的运动学建模和工作空间求解,证明整个混联机构的工作空间显著大于串联机械手部分的工作空间和6-UPS并联机构部分的工作空间;以提出的混联机构作为机器人本体,设计出机器人虚拟样机,通过在三维软件中实现机器人虚拟样机的步态行走,证明所设计的机器人可以借助行走功能进一步拓展工作空间。

线驱动软体机器人工作空间与最大理论负载分析

针对软体机器人建模复杂,难以对机器人性能指标进行分析的问题,提出了基于SOFA仿真框架的软体机器人工作空间和最大理论负载的计算方法。首先,设计了线驱动连续型软体机器人,拉动线缆使线缆长度发生变化,迫使机器人本体产生形变,实现对物体的操作;然后,提出了线驱动软体机器人的Monte Carlo工作空间算法,得到工作空间内的离散点;其次,通过α-shape算法对离散点进行三维重构,并提出了以边界曲面的体积为指标确定了参数α的最优值,计算曲面体积得到了工作空间大小;最后,以拉伸量允许的范围内能否实现对不同质量物体的提升作为最大负载衡量标准,对软体机器人的最大理论负载进行了理论分析。实验结果表明,相较于传统刚体机器人,本文设计的线驱动软体机器人工作空间分布更加均匀;提出的算法能够准确快速地计算软体机器人的工作空间。

焊接机器人的工作空间分析与运动学仿真

为了进一步明确焊接机器人工作过程中的运行状态,根据D-H法建立了焊接机器人的运动学数学模型,并利用Matlab软件建立了机械臂模型,采用蒙特卡罗法分析了机器人的工作空间,求解出焊接机器人的工作空间云图。然后根据实际工况,利用ADAMS软件对焊接机器人的两个连续点焊工艺动作进行虚拟仿真。结果表明:焊接机器人除启动过程中的瞬间加速度有突变外,其余运动过程平稳顺滑、振动较小,满足使用要求。对焊接机器人的工作空间运动特性仿真分析有利于后续的进一步优化研究。

连续体机器人工作空间改进分析与仿真

首先介绍了连续体机器人的结构形式,然后对其进行正逆运动学建模,并利用传统蒙特卡洛法及Matlab软件对机器人的工作空间进行仿真分析。考虑到传统蒙特卡洛法散点分布不均匀等缺陷,通过采用正态分布生成部分边界值点的方法进行改进,改进后的工作空间散点图分布均匀,更接近实际工作空间。为进一步验证改进方法的优越性,将工作空间放置于长方体内并进行分割,对部分层所包络的工作空间面积进行对比,结果表明,总随机点数相当的情况下,改进方法精度明显优于传统算法,这为连续体机器人的结构设计和性能分析奠定理论基础。

六自由度垃圾分拣机器人正逆运动学分析及构建工作空间的研究

为解决垃圾分拣机器人在智能工厂产线的摆放和控制问题,通过改进Denavit-Hartenberg参数法,对IRB2600机器人完成了运动学的正逆运动学分析,在MATLAB环境下使用Robotics Tool建立三维模型,验证正逆解结论,阐述了基于蒙特卡洛随机采样法构建机器人的工作空间的原理,给出了六自由度垃圾分拣机器人的参考工作空间,为其他六自由度工业机器人运动学分析及工作空间的构建提供了参考。

一种机器人工作空间优化分析的数学方法

机器人的工作空间的大小对机器人的应用范围、工作效率以及灵活程度有着至关重要的影响。在概括串联机器人的典型结构,对串联机器人进行几何分析的基础上,介绍一种对机器人工作空间进行优化分析的数学方法。该方法通过采用几何法和解析法相结合的方式对机器人的末端工作空间进行分析。采用该方法分析一种现有机器人的末端工作空间,建立其几何模型和解析模型,基于机器人实际的关节装配关系及约束给出各个关节的运动范围,并将此运动范围作为约束条件,探讨机器人所能达到的实际工作空间。求解机器人在某种特定约束条件下所能达到的最大工作空间,并绘制了机器人最大工作空间的截面图。采用蒙特卡洛方法对求解的机器人工作空间进行验证,绘制机器人工作空间的三维云图,将三维云图的包络面与之前求解的工作空间相对比,两者基本吻合,充分验证了分析结论的正确性。

结构参数范围内Delta机器人最优工作空间求解

求解Delta机器人结构参数范围内的最优工作空间对规划Delta机器人的运动轨迹具有重要参考价值。文章基于Wolfram Mathematica软件分别根据三自由度Delta机器人正、逆运动学模型求解Delta机器人的工作空间。以Delta机器人的工作空间为评价指标开展正交试验,研究Delta机器人主动臂长度(250~350 mm)、从动臂长度(500~700 mm)、静平台外切圆半径(125~175 mm)、动平台外切圆半径(50~90 mm)这4种结构参数对Delta机器人工作空间的影响。研究表明:结构参数范围内Delta机器人最优工作空间对应的结构参数分别是主动臂长度350 mm、从动臂长度600 mm、静平台外切圆半径125 mm、动平台外切圆半径90 mm,此时Delta机器人的工作空间最大,工作空间可以容纳一个高度为300 mm、宽度为800 mm的Delta机器人拾放运动门字轨迹。

基于UR5机器人的水下清洗装置工作空间分析及优化

清洗核电站海水格栅上附着杂物是一项危险、繁重和复杂的工作,文中提出一款水下清洗装置可以实现安全高效地完成清洗工作,该装置基于UR5串联机器人,并配备基座导轨、支承机构和机械抓手等。首先利用D-H参数法建立机器人的运动学正逆解模型,并采用蒙特卡洛法得到机器人的工作空间,然后结合清洗装置本体对机器人运动的干涉,优化机器人关节变量约束空间,并采用蒙特卡洛法得到清洗装置的工作空间。最后研究确定基座在基座导轨上滑动的行程设计值为3.92 m、支承机构支撑腿的行程设计值为4.03 m,能够满足整个清洗装置的工作空间覆盖核电站中直径约5.5 m的海水格栅,同时也满足设备轻量化和小型化设计原则。

一种双工位旋转式上甑机器人设计

上甑是白酒酿造的关键工序,为解决传统白酒酿造上甑过程中劳动强度大、酒质及产酒率不稳定等问题,依据上甑过程的工艺要求及标准,设计了一种双工位旋转式上甑机器人。该机器人采用3个旋转关节和撒料器实现上甑铺料的平面定位,平移关节实现撒料高度的控制。对机器人的正、逆运动学进行了解析求解和验证,采用Monte⁃Carlo法模拟了上甑机器人的工作空间;基于有限元方法对关键部件进行了强度及模态分析。通过物理试验样机的现场测试,表明样机上甑相比于人工上甑的出酒率提高了10%左右,尾酒度数降低了5°~7°,有效提高了上甑的效率,验证了设计的可行性。模拟仿真与样机测试结果表明:文中上甑机器人的结构及功能满足设计要求,可为上甑机器人的设计及后续性能优化提供参考。

新型4RPUR并联机器人机构运动学分析与尺度综合

以支链为RPUR的4RPUR并联机器人机构为研究对象,首先根据方位特征集理论验证运动性质,利用SolidWorks软件建立三维模型图,其次利用杆长约束条件进行运动学位置逆解分析,再次利用图形化方法得到工作空间与转动能力性能图谱,最后选择鲸鱼优化算法(WOA)完成参数尺度综合。结果表明:优化后的工作空间边界光滑、对称分布,为机构应用设计提供了参考依据。

黄花菜采摘机器人设计与采摘点的视觉定位

针对黄花菜采摘点识别定位求解困难,开发了一款基于双目视觉系统的黄花菜采摘机器人,从确定并联机械手尺寸参数到对黄花菜图像采摘点定位求解进行了研究。提出一种在自然场景下黄花菜视觉识别与采摘点定位方法,对黄花菜图像提取HSI空间分量S并采用迭代最佳阈值分割算法;将黄花菜生长趋势姿态分为两类,计算连通域最小外接矩形,确定不同生长姿态下的感兴趣区域;在区域内运用累计概率霍夫直线检测结合求解对应参考点点线最小距离约束,取线段离矩形框参考点距离最小的端点为采摘点。以晴天顺光、晴天背光和阴天光照条件下进行实验验证,结果表明可以为采摘机器人提供黄花菜采摘点精确坐标信息。