基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明:所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。

基于空间相似性的蛇形机械臂末端定位精度补偿研究

针对线驱动蛇形机械臂末端定位精度问题开展研究。根据蛇形机械臂的结构,建立机械臂运动学解耦方程,以机械臂定位误差的空间相似性分析为基础,对机械臂的运动学参数标定开展分析,提出一种机械臂末端定位误差线性无偏最优估计的非运动学标定方法,实现误差的准确预测,提出了机械臂定位误差补偿方法。搭建了蛇形机械臂实验平台,进行基于空间相似性的末端定位误差补偿实验,结果表明,提出的定位误差补偿方法有效。

绳驱蛇形机械臂绳索容错可达空间分析

蛇形机械臂因其结构紧凑、运动灵活、具备在狭小空间和危险环境中的作业能力而受到广泛关注和探索研究。基于绳驱蛇形机械臂机器人结构特征,用Denavit-Hartenberg(D-H)法建立运动学分析模型,并应用蒙特卡洛法对其进行了求解;通过Matlab软件对不同工况下的绳驱蛇形机械臂可达空间进行模拟仿真,确定了绳驱蛇形机械臂完好状态下和蛇形机械臂任意单根驱动绳索故障断裂情况下的可达空间范围。该研究不仅有效揭示了不同臂段对绳驱蛇形机械臂可达空间的影响,还为系统地进行蛇形机械臂臂部结构优化设计和运动轨迹规划控制奠定了基础。

深海绳驱动蛇形机械臂运动学控制研究

传统的水下机械臂具有体积大、结构复杂、空间受限等缺陷,在水下环境中表现性能不佳。为了完成空间狭小、环境危险以及任务复杂条件下的水下作业,设计了一种适用于深海作业的绳驱动蛇形机械臂。首先,采用齿轮-齿条的结构形式,通过1个驱动电机完成了对2根传动绳的实时控制,减少了驱动电机的数量,降低了水下机械臂的能源消耗;然后,基于蛇形机械臂的结构特点,构建了驱动电机、传动绳、关节、末端执行器之间的多级映射关系,建立了其相应的运动学方程,并对该方程进行了求解;最后,根据绳驱动蛇形机械臂之间的多级映射关系,提出了一种基于模糊控制器的运动学控制策略,减小了由传动系统引起的跟踪误差,解决了难以获得绳驱动蛇形机械臂精确动力学模型的问题;并采用MATLAB对绳驱动蛇形机械臂的跟踪误差进行了仿真分析。研究结果表明:该绳驱动蛇形机械臂的偏航角最大绳长跟踪误差不超过0.05 mm,俯仰角最大绳长跟踪误差不超过0.09 mm,验证了基于模糊控制器的运动学控制策略的有效性。

基于脊线模态法和RRT算法的蛇形机械臂避障控制研究

相较于传统机械臂,蛇形机械臂具有高灵活性的优势,尤为适合各类非结构化的工作环境。但非结构环境要求蛇形机械臂具有更强的避障能力和适应性。为解决蛇形机械臂的避障轨迹规划问题,提出了一种基于脊线模态法和快速扩展随机树(RRT)的控制算法。分析并建立其运动学模型,研究了机械臂各关节角度变化与绳索长度变化的关系。采用脊线模态法得到了机械臂末端满足期望位姿的空间脊线,并利用二分法拟合空间脊线,由此获得蛇形机械臂的逆解。与经典的雅可比迭代法相比,脊线模态法具有计算简单、效率高、充分反映机械臂几何特征的优点。在脊线模态法的基础之上,对于存在碰撞的空间脊线,进行部分关节调整,生成一条新的无碰撞的期望空间脊线。采用无需建立空间模型的RRT算法生成绕过障碍的轨迹。最后在Matlab环境下进行仿真,分析角度绳长变化关系,对脊线模态法和避障轨迹生成进行验证。

蛇形机械臂的机构设计与关节驱动分析

考虑到蛇形机械臂相比于传统六轴机械臂在运动灵活性和避障性能等方面具有明显优势,选择蛇形机械臂进行了研究。为了使其适应各类非结构化环境,给出了一种基于绳索驱动的设计方法,并用等效转轴描述方法建立了蛇形臂运动学模型,进行了静态逐模块受力分析。机械臂各模块之间串联连接,采用绳索驱动方式实现机械臂全驱动。在静态逐模块受力分析中,考虑了绳索所受摩擦力的影响,并引入了一种优化函数,分析了关节驱动绳索的牵引力大小,从而对绳索驱动位移伸长量进行补偿。同时,建立了基于CAN总线的闭环控制系统,提高了关节姿态准确度。最后,在ADAMS仿真环境中进行运动学仿真,通过与理想位姿的对比验证了位移补偿方法的可行性,并通过样机试验验证了控制系统的有效性。

移动蛇形机械臂空间路径跟踪策略研究

移动蛇形机械臂具有结构细长和多自由度的特点,其运动学逆解不唯一且计算量大成为研究的难点之一。针对某14自由度的移动蛇形机械臂,采用几何推导法设计了基于末端跟随算法的运动控制策略,实现了机械臂末端的精确位置跟踪,避免使用复杂的逆运动学算法进行求解。该策略考虑了机械臂关节角度和基座移动距离的约束,保证在无约束时机械臂各关节都处在前一时刻的关节轴线上,从而缩小机械臂的位形偏移量,使机械臂的运动更加平滑。通过三维空间轨迹跟踪数值仿真,验证了算法的有效性。通过计算效率和运动幅度,对比该策略与基于雅可比矩阵的数值优化法、人工智能优化算法的性能,说明了该策略的适用性。

一种新型空间蛇形机械臂运动学特性研究

针对当前空间机械臂存在的工作空间较小、灵活度较低等运动学方面的问题,提出了一种新型空间蛇形机械臂,取代传统的空间机械臂,并以此为研究对象,对其工作空间和灵活度等运动学特性开展了建模与仿真分析。仿真结果表明,空间蛇形机械臂在臂杆数目较少的情况下,可以提高自身的运动学冗余度,避免由于动力学奇异特性带来工作空间减小的缺陷,增大机构自身的路径无关工作空间的范围,同时可以有效地增加臂杆末端操作的灵活度。

一种拉绳式蛇形机械臂复杂路径的轨迹平滑控制方法研究

蛇形机械臂较之于传统关节型机器人存在明显优势。介绍了蛇形机械臂的形式及其工作原理,阐述了一种由钢丝绳驱动其关节运动的蛇形机械臂的运动轨迹规划算法,可以实现在该机器人结构所允许的活动范围内,任意复杂路径下的平滑无冲击的运动控制。实现了该算法,并进行了具备5个关节的实机试验,通过分析试验数据验证其效果。

基于深度强化学习的蛇形机械臂控制策略研究

针对蛇形机械臂控制问题,提出了一种基于深度强化学习的控制策略,该控制策略采用深度确定性策略梯度算法(DDPG)。分析了蛇形机械臂的结构和工作范围。基于Python语言,使用gym中的pyglet模块搭建用于产生数据的仿真环境,设置奖励函数、状态变量和动作变量,最终实现了对蛇形机械臂的精确控制。仿真实验表明:DDPG算法在蛇形机械臂的控制过程中能快速收敛,同时该控制策略在2D平面可实现对目标物的快速精确逼近,并具有较好的鲁棒性。

蛇形机械臂的设计及控制策略

针对现有蛇形机械臂驱动机构繁琐、整机体积过大、模型建立复杂等问题,设计了一种新型蛇形机械臂.采用杠杆型驱动结构,利用1个伺服电机同时控制2根驱动绳索,从而减少驱动数量、降低能耗.利用正交关节实现位置闭环控制,简化运动学模型.同时,针对蛇形机械臂的不同工作环境,提出尖顶从动控制策略及基于位置闭环的控制方法.前者提高了机械臂的柔顺性,控制简单;后者实现了机械臂的空间重复定位.最后,通过实验证明了所设计机械臂的合理性以及控制方法的有效性.

核环境多关节蛇形机械臂的运动控制系统设计

以核聚变反应舱的探测和维护作业为例,设计一种具有多关节串联式结构的蛇形遥操纵机械臂系统,结构采用轨道推送加悬臂调整的复合式操控方案。针对机械臂执行全舱作业的运动需求,对机械臂运动轨迹进行仿真分析。设计包括路径规划与轨迹控制等的机械臂运动控制算法,构建各关节在运动学上能够同步运行的多轴协调控制系统。通过搭建模拟舱几何环境,对机械臂进行运动测试,完成关节旋转角度的控制精度评估。构建机械臂系统的重力补偿模块,通过柔性模型的仿真验证对机械臂系统的末端定位精度加以评估。测试结果验证了运动控制系统的有效性。

蛇形仿生机械管状橡胶气囊气动驱动方法

本文研究了一种蛇形仿生机械管状橡胶气囊气动驱动装置及工作方法,装置包括若干节圆形骨架沿着蛇身长度方向等距离排列,每两个圆形骨架之间用四个管状橡胶气囊连接,每个管状橡胶气囊与充气管道连接,充气管道设置在圆形骨架中心的圆孔中,并且与气源系统连接,通过气源系统控制充气管道及管状橡胶气囊与气泵的通与断。管状橡胶气囊处于通气状态时在压力空气的作用下伸长变形,断开时处于放气状态,管状橡胶气囊收缩回原来长度,通过管状橡胶气囊的伸长和收缩带动圆形骨架移动,驱动蛇形仿生机械进行各种运动。

用于丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置的设计

针对目前被动机械臂自由度低、工作空间小、易与工作人员发生干涉等问题,设计了应用于丝传动被动蛇形臂的钢丝锁紧装置。装置包括升降机构和功能执行机构,升降机构采用笔式推杆为整个功能执行机构提供上下移动的自由度。功能执行机构通过钢丝锁紧模块实现钢丝的锁紧,通过丝杆步进电机、丝杆螺母和圆形压盘的组合实现钢丝的放松。利用SolidWorks2018软件建立了整个装置的三维模型,以检验整体布局是否合理。对作为装置核心的钢丝锁紧模块,进行了四级力放大机构的设计及计算。设计结果表明:该装置结构设计紧凑,空间利用率高,较大的力放大系数使锁紧力更大,蛇形臂具有更大的负载能力,能够在末端安装多种设备。

农林用精准对靶机械手运动学建模及仿真

本文对农林用精准对靶机械人蛇形机械臂运动学进行了建模和仿真。首先对精准对靶机械人研究背景及蛇形机械臂的结构进行了描述,对绳长和关节姿态角度关系进行数学建模,分析了蛇形机械臂绳长与关节姿态角对应的关系,利用MATLAB对运动学模型进行了仿真验证,同时对机械臂末端轨迹进行了仿真。研究表明:关节与绳长建模与MATLAB仿真结果一致,验证了运动学建模的正确性。机械臂末端机构具有较大的可达空间,可以满足机械臂末端机构对靶运动空间。