平面2自由度并联机器人的解耦控制和仿真分析

以平面2自由度并联机器人为研究对象,推导其运动学模型,在运动学模型的基础上结合欧拉-拉格朗日动力学方程推导其动力学模型,根据得到的动力学模型引入计算力矩解耦控制方法,并证明该方法在理想估计与非理想估计下,对应的李雅普诺夫函数是全局渐进稳定的,从而得到解耦控制率方程,根据控制率方程和机器人的实际结构参数搭建Simulink仿真模型,进行运动控制仿真,仿真方法有:基于传统PD控制器的计算力矩解耦控制仿真方法和基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制仿真方法,仿真输出机器人跟踪给定运动轨迹的效果图和误差图。仿真结果表明,无论是在理想或非理想状态下,计算力矩解耦控制方法确实可以使控制系统趋于稳定,且跟踪误差小,通过比较可知,基于自适应模糊控制器的计算力矩解耦控制方法的效果更佳。

基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人轨迹规划与步态分析

本文提出一种基于2-SPR/RUPR并联机构的四足步行机器人.用改进复合曲线法规划了机械腿足端行走点轨迹.在四足步行机器人的足端行走点沿前进方向的加速度曲线为正弦函数,沿竖直方向的加速度曲线为分段函数的情形下,通过对前进方向、竖直方向加速度曲线两次积分得到足端轨迹曲线.由足端轨迹曲线变化规律可以得到其运动过程无突变点,足端可以实现无冲击抬腿与着地.仿真实验表明足端速度与加速度曲线与理论曲线一致,验证了理论计算的正确性.使用ZMP方法,通过对比分析机器人在运动过程中的重心调整量以及稳定裕度值得到最优步态.该四足步行机器人具有运动平稳且灵活的特性,适用于田垄等崎岖路面上需要大的移动步幅来运输重物的应用场合.

4-R(2-SS)并联机器人机构积分指数自适应滑模控制研究

为实现4-R(2-SS)并联机器人机构的运动学高性能控制,提出了克服支路间耦合作用和系统不确定性作用的积分指数自适应滑模控制方法。通过建立关节空间动力学模型,求得各支路驱动关节包含耦合惯量的等效惯量,以补偿各支路间耦合作用;通过设计积分指数自适应律,提出并联机器人机构的积分指数自适应滑模控制方法。使用MatLab对所设计的控制算法进行仿真,并将其应用于4-R(2-SS)并联机器人样机,验证了所提出积分指数自适应滑模控制方法的有效性。

基于方位特征集的两平移两转动并联机构拓扑结构综合与分类

基于方位特征集(POC)的并联机器人结构综合的一般方法,全面系统地对两平移两转动的并联机器人机构进行了结构综合,先对包含有两平移两转动输出的单开链支路进行综合,然后按单开链支路类型对设计的两平移两转动并联机器人进行分类,得到的机型中包括一些以前设计出的机型和部分新的机型。

2(3-RPS)并串机器人运动构型的位置正解分析

并串机器人运动构型相对单并联机器人机构,具有工作空间大,偏转能力好等优点,具有广阔的应用前景。提出了一种针对2(3-RPS)并串机器人运动构型位置正解的解析算法。首先,基于该并串运动构型的结构特点,给出了3-RPS并联机构上平台各球铰的位置坐标,再根据每一个并联机构动平台的边长为定值列出1组方程,通过迭代变换,得到只含1个未知数的16次方程,确定该并串构型的结构参数后,能够精确得出所有的位置正解。最后,给出了数值算例,得到了在具体结构参数下的32组位置正解。

一种可实现两平动自由度并联机构运动学标定方法

针对一种两平动自由度并联机构,提出了一种识别几何参数误差的方法,能有效补偿机构的动平台位姿 耦合误差．忽略两组平行杆的相对杆长误差,将机构简化成仅含转动副的5杆铰接机构,建立了含有8个几何参数 误差模型,即4个杆长误差和4个主动关节铰点坐标误差．研究表明,并联拓扑结构使动平台沿两个正交轴的位置 误差和姿态误差具有强耦合性．给出标定坐标系原点,通过仅检测动平台沿标定坐标系任一单轴的位置误差,识别 出系统的几何误差全集．计算机仿真和实验结果表明,通过这种方法,可使机构的动平台定位精度达到0．05 mm．

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。

PLC的二自由度并联机械手设计

二自由度并联机械手采用平行四边形结构,工作台保持始终地面平行,现在已经广泛用于各类工业现场.针对二自由度并联机械手的结构特点及控制要求,给出了基于PLC的机械手设计方案,包含机械结构设计、PLC伺服控制系统设计以及人机界面设计等环节.PLC伺服控制系统设计包含硬件、软件设计和相关参数设置,通过样机试制,实现了对工件快速抓放和移动.

基于方位特征集的两平移一转动并联机构综合及分类

基于方位特征集的并联机器人结构综合的一般方法,全面系统地对两平移一转动的并联机器人机构进行了结构类型综合,对包含有两平移一转动输出的单开链支路进行了分析与研究,筛选出符合条件的单开链类型,并对单开链支路进行排列组合得到一系列两平移一转动输出的并联机构。文中给出了其中38种结构类型,并按单开链支路类型对设计的两平移一转动并联机器人进行分类。

一种冗余并联机器人的运动学及工作空间分析

针对一种平面冗余2-DOF并联机器人,分析了其运动学正解和反解,并在运动学反解的基础上讨论了该机构工作空间的约束条件;提出了运用Matcom将Matlab和VC++结合起来进行混合编程的方法,探讨了并联机构工作空间的形状,并得到基于VC++开发的该并联机器人控制系统;仿真结果表明,该机构具有较好的工作空间,可广泛应用于工业装配机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域。

基于两种建模方法的冗余并联机器人的动力学对比研究

提出一种新型2-UPR/2-RPU冗余并联机器人并以其为研究对象,采用螺旋理论和拉格朗日法两种方法对其进行动力学建模与动力学对比研究。首先,采用封闭矢量法在全局坐标系下建立2-UPR/2-RPU并联机器人的运动学反解方程。其次,采用拉格朗日法求解了并联机器人各构件的速度关系并建立了其动力学模型。然后,采用螺旋理论对并联机器人4个支链中各关节和杆件的速度和加速度进行分析,同时结合虚功原理建立并联机器人的动力学模型。最后,以并联机器人动力学模型为基础,在MATLAB中编程得到并联机构的算法,求解得到了基于螺旋理论和拉格朗日方程建立的动力学模型各支链驱动力数值仿真结果,并通过与ADAMS软件的动力学仿真结果进行仿真验证和误差分析。结果表明:螺旋理论建立的动力学模型精度相对较高、方法方便且计算简单、更适用于少自由度并联机构动力学模型的建立和机构动力学的控制。极大地提高了2-UPR/2-RPU并联机器人响应速度和控制精度,满足磨床打磨曲面的精度要求,为机构的实践应用提供了可靠的理论依据并奠定了重要基础。

基于目标跟踪的并联机器人视觉位姿检测

建立一种基于视觉的并联机器人位姿检测系统框架,包括图像采集、图像处理、位姿检测、参数反馈4个部分。使用单目摄像头采集图像,以二自由度冗余机器人为控制对象,利用Haar特征提取对目标进行粗跟踪。进一步获得目标上特定的几个特征点,基于平行不变性原理,得到机器人末端操作器的实际位姿参数。通过求解机器人的逆运动学方程,得到电机的控制参数。实验和仿真验证了该系统的可行性。

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zeromomentpoint,ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50%左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。

双自由度并联机器人的轨迹控制研究

针对双自由度并联机器人的轨迹控制,提出了双自由度并联机器人运动学的控制方法。运用几何解析法对双自由度并联机器人的正逆运动学进行了分析,同时搭建了其实验控制系统平台,最后完成了该并联机器人的圆弧轨迹控制实验。实验结果显示该控制方法具有较高的控制精度。

一种二自由度并联机器人

相对于传统意义上的多自由度机器人或串联机器人,提出一种具有两个自由度的并联机器人,有着自身的独特之处。该机构能够在复杂的环境或对空间位置要求高且精确的情况下,精准地进行定位,并能以相对快速平稳的速度达到目标位置。对该机器人模型的相关参数进行了分析设计和零部件选型,对该机器人的具体结构进行了分析,包括连杆、基座等组成部分的设计。最后,经过对整个机器人各个结构进行校验,证明该二自由度并联机器人能够满足所需的工作空间要求。