基于VB与单片机串行通信的球面机器人控制系统

上海大学成功研制了一种能在球面或类球面上移动的机器人。本文介绍了球面移动机器人中基于VB与单片机串行通信的控制系统的研制。机器人采用两级计算机控制,上位PC机通过RS232接口与下位单片机进行通信。文中详细描述了控制系统硬件、软件的设计以及串行通信中的协议。

一类球面机器人动力学建模与无源控制

针对一类作为拟人肩的球面3-RRR并联机器人的轨迹跟踪问题,在分析该机器人机构特性的基础上,通过计算各构件的动、势能,采用拉格朗日方法建立了其动力学模型,并给出了模型参数矩阵的基本性质。针对模型利用Backstepping方法,结合其参数矩阵基本性质,设计了一种无源控制器。控制器作用下,系统严格输出无源,其广义变量能够很好地跟踪给定信号,进而使得系统动平台能够跟踪给定位姿变化。严格证明和仿真验证了控制器的有效性及该机器人能够满足作为拟人肩必需的跟踪特性。

一种球面耦合颈椎康复机器人结构设计与分析

针对国内外各种颈椎康复机构存在的结构、体积、功能和穿戴性方面的问题,提出一种球面耦合颈椎康复机器人方案。首先,从颈椎病患者常用康复动作出发,按照人体颈部生理结构和运动学机制,设计了一种新型球面耦合机构,旨在更好地实现患者的头颈部康复训练;然后,使用螺旋理论进行机构自由度分析,建立机器人运动学和动力学模型,得到了机构运动学求解公式和动力学方程,通过Matlab仿真得到机构运动空间,验证其满足康复训练所需空间要求;在Adams中通过模型动作编写了step函数,将运动学仿真得到的曲线图与理论计算结果进行了对比分析;最后,通过AnsysWorkbench对机器人关键零部件进行瞬态动力学分析,得到机构应力云图,验证了其结构设计合理性,为样机搭建和控制策略研究奠定了基础。

球面二自由度5R并联机器人的运动学分析

研究球面二自由度5R并联机器人机构模型,借助球面解析几何理论,建立了机构的约束方程;利用解析法求解了机构的位置正反解,给出数值算例,绘制了相应的位置正解装配图和位置反解装配图;利用对机构约束方程求导数法得到机构的雅可比矩阵。研究结果为该类机器人的进一步分析打下了理论基础。

球面SCARA机器人控制系统的设计

介绍了三菱PLC在球面SCARA机器人控制系统的应用,并详细给出球面SCARA机器人控制系统的设计过程。

气动人工肌肉驱动球面并联机器人的力控制研究

分析了具有柔索冗余驱动特点的静力关系 ,研究了力控制的智能控制算法及策略 ,在建立的实验样机上达到了良好的力伺服性能 .将气动人工肌肉的被动柔顺性与位置控制到力控制过渡的主动柔顺控制策略结合 。

球面三自由度并联机器人可达工作空间的研究

建立了球面三自由度并联机器人机构的空间模型 ,给出了该并联机器人的可达工作空间确定、形状表达和工作空间面积计算方法 ,全面而系统地研究了该机器人的工作空间面积与尺寸之间的关系 ,绘制了可达工作空间面积性能图谱 ,并归纳出相应的变化规律 。

气动人工肌肉驱动球面并联机器人的位置控制研究

研究将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人机构,介绍了该机器人的运动学模型,提出一种简便的轨迹规划方法,在建立的实验测控系统中,应用含并联机器人的位置逆解和对气动人工肌肉的智能PID控制的位置控制算法,实现对机器人末端的位置控制,通过机器人的位置正解验证了位置控制的控制效果.

球面三自由度机器人的力矩输入均衡性能分析与设计

对球面三自由度机器人力矩输入均衡性能进行了分析,给出了其机构设计。分析了球面三自由度机器人的输入力矩与输出力矩之间的关系,定义了力矩输入均衡性能评价指标和全域力矩输入均衡性能评价指标。在满足全域性能较好的情况下,应用空间模型技术选取了一组合理的机器人结构尺寸参数,同时考虑加工与装配工艺性,设计了一种球面三自由度机器人,该机器人可用作腰关节、腕关节和精密工作台等。

VB与单片机串行通信在球面移动机器人控制中的应用

对球面移动机器人控制技术的研制是提高我国机器人关键技术的迫切需求。上海大学研制成功的球面机器人控制系统采用了基于VB与单片机的串行通信的两级计算机控制。通过理论分析、制定正确的通信协议并结合大量试验最终实现了机器人控制中的串行通信。试验的结果表明了VB与单片机的串行通信是机器人控制系统研制成功的关键。文章详细描述了串行通信程序的设计和实现。

三自由度球面并联机器人机构的边角关系

用一种新方法解决球面并联机器人的运动学问题。首先使球面机构平面化 ,然后用类似于平面机构分析的方法导出一般三自由度球面并联机器人 Stewart平台的位姿方程 ,进而导出类似于平面并联机构的输入输出速度方程。这种方法方便易学 。

最优化3-RRR球面并联机器人路径规划方法

针对3-RRR球面机器人进行了路径规划方法的讨论,将一种快速寻找最短路径的橡皮筋算法推广到了三维空间,并编制了伪代码。对机器人运动学方程进行了计算分析,得到了其工作空间点云模型。根据其可定向性周期空间的拓扑特性,确定最短路径找寻方向。通过4组算例验证了能量最省路径规划方法的可行性,并给出了各自的点云图,以及1组电机转角的变化曲线。

基于3-RRR球面并联机器人的空间定位问题研究

利用四元数表示刚体的有限转动,得到刚体的有限转动方程。在球面3-RRR并联机器人基础上增加角位移传感器支架,检测动平台的姿态角,并转化为四元数形式的定位偏差,从而将机器人应用于空间定位问题的执行机构。以系统具有大范围渐近稳定的动态品质为目标,得到动平台角速度应该满足的条件,建立动平台在定位过程中四元数分量形式的运动微分方程。实例给出了机器人在定位过程中的偏差四元数的解轨迹和动平台姿态的变化历程,求得了施加于主动构件上的控制律,从仿真结果来看,控制效果较好。

气动人工肌肉驱动三自由度球面并联机器人关节的位置控制研究

将气动人工肌肉驱动器应用于柔索驱动三自由度球面并联机器人关节 ,介绍了该机器人关节的运动学模型 ,提出了一种简便的轨迹规划方法 ,建立了关节的实验测控系统 ,应用智能PID算法控制气动人工肌肉的位置从而实现对关节末端的位置控制 ,在现有的实验条件下 ,取得了比较满意的控制结果。

网格计算环境中的球面并联机器人动力学仿真

基于以子结构为基本单元的建模思想,建立了3-DOF球面并联机器人的动力学解析模型,并基于网格计算技术构建了球面并联机器人动力学仿真的分布式并行计算环境。在网格计算环境中,由网格计算节点利用离线生成的动力学解析模型完成球面并联机器人动力学模型的并行仿真计算,减少了机器人动力学模型在线计算量和计算时间,为机器人的实时控制和仿真提供了有利条件。给出了球面并联机器人动力学模型矩阵的解析代码生成和仿真计算实例,研究了可调尺寸参数和惯性参数对机器人驱动力矩的影响。

3-RRR球面并联机器人逆向运动学分析

针对三自由度球面并联机器人所有关节轴线汇交于一点的结构特点,采用四元数代数的旋转变换来描述机器人构件的相对运动,从而建立了机器人约束方程,推导出了机器人逆解方程。利用影响系数法,建立了机器人主动构件到末端构件上角锥的角速度和角加速度的传递关系。

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。

3-RRR球面并联机器人逆向运动学分析

提出球面三自由度并联机器人构件之间运动学关系的算法。针对球面三自由度并联机器人所有关节均为转动关节且关节轴线汇交于一点的结构特点,借助球面上大圆弧与四元数代数的对应关系,将构件的位置用四元数表示出来。采用四元数表示的旋转变换来描述构件的相对运动,通过球面上大圆弧几何加法与四元数乘法之间的对应关系,得到关节轴线的方向余弦,从而建立了机器人约束方程,从中导出了机器人逆解方程。利用影响系数法,建立了机器人主动构件到末端构件上角锥的角速度和角加速度的传递关系。

基于3-RRR球面并联机器人的空间定位问题研究

本文利用四元数表示刚体的有限转动,得到刚体的有限转动方程。在球面3-RRR并联机器人基础上增加角位移传感器支架,检测动平台的姿态角,并转化为四元数形式的定位偏差,从而将机器人应用于空间定位问题的执行机构。以系统具有大范围渐近稳定的动态品质为目标,得到动平台角速度应该满足的条件,建立动平台在定位过程中四元数分量形式的运动微分方程。实例给出了机器人在定位过程中的偏差四元数的解轨迹和动平台姿态的变化历程,求得了施加于主动构件上的控制律,从仿真结果来看,控制效果较好。

球面2自由度机器人的滑模变结构控制

球面2自由度5杆机器人的应用非常广泛,可用于机械数字化仪、微操作装置、灵捷眼和人体关节修复装置等。在球面2自由度5杆机器人运动学和动力学模型研究的基础上,提出了该类机器人系统的滑模变结构控制方法。介绍了球面2自由度机器人的机构和动力学模型。引入决定附加补偿力矩的指数趋近律,建立了球面2自由度机器人的控制算法。提出了外力、质量、转动惯量以及滑模控制参数等对球面2自由度机器人的控制精度和系统稳定性的影响规律,并对球面2自由度机器人进行了控制仿真。仿真表明,控制方法是有效的。在选择合理参数下能避免机器人系统的振荡,且能保持系统的稳定性、鲁棒性和提高系统的运动精度。