虚拟凸轮连杆组合机构连杆点轨迹规划

由步进电机驱动的虚拟凸轮连杆组合机构,因原动件作步进运动而使连杆点实际轨迹与理论轨迹存在一定的误差,为此将连杆点轨迹进行离散化处理,通过连杆点轨迹的正反解,确定原动件的运动位置及连杆点实际轨迹,并利用最小二乘法原理,通过Matlab编程计算实际轨迹和理论轨迹之间的误差,最终按预定误差要求生成原动件的驱动信息代码,以完成任意连杆点轨迹的理想输出,并举例验证了该方案的可行性。

仿人头颈部机器人跟踪运动控制

仿人头颈部机器人是仿人机器人的一部分,负责对视觉目标进行动态跟踪。为了能够精确跟踪目标,在系统运动学建模过程中,将机器人视场中心的视线作为一个具有伸缩自由度的连杆加入头颈部结构的运动学模型。通过双目视觉系统计算得到的目标点位置在数学模型上成为连杆机构运动的目标位置。为了使具有冗余自由度的头颈部机器人的运动更符合人类的动作行为,对用于消除运动学奇异点的阻尼最小二乘逆解算法进行了改进。改进后的修正算法不仅能够使机器人在运动过程中避开奇异点,而且能够实现算法上的关节限位,保证机器人运动的关节舒适度,使其更符合人类的行为习惯。仿真实验表明:这种算法在很大程度上提高了机器人运动的可靠性和稳定性。

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于旋量理论的移动机器人建模与控制

为了解决移动机器人由于系统中存在不可积运动约束,不能直接应用旋量理论建模的问题,通过构造虚拟连杆首先把移动机器人转化成等价的固定基单自由度关节的开链机器人,然后基于运动旋量理论建立了移动机器人的运动模型,为移动机器人系统建模提供了一个简洁的新途径。基于所建立的移动机器人运动模型,设计了一个稳定的输出跟踪控制器。在Matlab下对移动机器人的建模和控制进行了仿真,验证了所提出的建模方法的可行性。

仿人机器人头部设计与目标跟踪运动控制

针对仿人机器人视觉目标跟踪任务需求,设计了一种高精度、灵巧型仿人机器人头部系统,构建了视觉感知模块与3自由度机械臂运动机构。利用虚拟连杆方法对仿人机器人头部进行运动学建模,将目标跟踪问题转换为机械臂的运动学逆解问题,通过计算机构可操作度与条件数,显示机器人头部对目标跟踪任务具有良好的运动学灵活性。在此基础上,基于梯度投影法建立了目标跟踪运动学逆解与规避关节极限位置的同步优化算式,并针对视觉测量系统带宽较窄、容易造成较大跟踪误差的问题,提出了在两次视觉测量间隔内用轨迹预测的方法获得目标位置的估计值,以提高跟踪精度。仿真与实验结果表明,在测量盲区内采用轨迹预测方法,可将跟踪精度提高约80%,实现高精度目标跟踪。所提出的仿人机器人头部及控制方法,对动态目标具有良好的跟踪性能。

基于旋量理论的全方位移动机器人运动与误差分析

以具有全方位移动机构及并联操作机构的全方位移动装配机器人(MY4-robot)为研究对象,重点研究驱动误差及关节几何误差对全方位移动操作机器人运动精度的影响。应用虚拟连杆原理和旋量理论分别建立其运动学模型与误差模型,得到各电机驱动误差、杆长制造误差及铰接间隙误差与末端装配器位姿误差之间的关系,并找出影响误差的主要因素,在控制上提供同步控制各轮组驱动相位、各丝杠驱动同步性方法;在设计制造上,减小铰接的内孔与杆长的制造尺寸误差,并通过仿真与实验验证了以上分析的正确性,整体上提高全方位移动机器人的运动精度。