Precise semi-analytical inverse kinematic solution for 7-DOF offset manipulator with arm angle optimization

Seven-degree-of-freedom redundant manipulators with link offset have many advantages,including obvious geometric significance and suitability for configuration control.Their configuration is similar to that of the experimental module manipulator(EMM)in the Chinese Space Station Remote Manipulator System.However,finding the analytical solution of an EMM on the basis of arm angle parameterization is difficult.This study proposes a high-precision,semi-analytical inverse method for EMMs.Firstly,the analytical inverse kinematic solution is established based on joint angle parameterization.Secondly,the analytical inverse kinematic solution for a non-offset spherical-roll-spherical(SRS)redundant manipulator is derived based on arm angle parameterization.The approximate solution of the EMM is calculated in accordance with the relationship between the joint angles of the EMM and the SRS manipulator.Thirdly,the error is corrected using a numerical method through the analytical inverse solution based on joint angle parameterization.After selecting the stride and termination condition,the precise inverse solution is computed for the EMM based on arm angle parameterization.Lastly,case solutions confirm that this method has high precision,and the arm angle parameterization method is superior to the joint angle parameterization method in terms of parameter selection.

轨道车辆库检机器人机械臂的结构设计与实现

针对轨道车辆车底日常检查面对的空间狭窄且复杂的工况,基于工业需求,创新设计了一种七关节串联机械臂。这一机械臂采用了模拟试验方式确定设计目标特征和基本结构尺寸,创新应用了第三关节旋转轴线与第二关节旋转轴线垂直的构型、集成化关节驱动、细长的机械臂整体尺寸和碳纤维轻量化连杆设计。这里以实际工况开展了多个阶段的样机应用效果模拟,开展了机械臂动力学仿真校核关节力矩和静力仿真校核机械臂末端最大位移,通过产品应用验证了该机械臂设计特征能够很好地适应空间狭窄且复杂的轨道车辆检查作业环境,实现了设计目标。该方法适应于特殊环境应用需求下的机械臂设计,这里机械臂也可推广到其他应用领域。

七自由度空间机械臂避障路径规划方法

针对七自由度空间机械臂在轨捕获目标任务的需求,提出了一种避障路径规划方法。主要是根据机械臂和障碍物的几何特征,对机械臂模型和障碍模型进行简化;通过研究机械臂自身所固有的几何特性和障碍物的位姿坐标,分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件,进而求出空间机械臂的无碰撞自由工作空间;利用优化的A*算法,在七自由度空间机械臂的自由工作空间内进行了无碰撞最优路径的搜索,从而实现了七自由度空间机械臂的避障路径规划。仿真结果表明了该算法的有效性与可行性。

水下七功能电动机械手设计研究

以适用于水下自主作业的电动机械手为研究对象,通过设计一个具有六自由度和夹钳剪切功能机构,组建了一个水下自主作业七功能电动机械手。机械手主要包括三个基本运动模块和一个夹钳剪切模块,具有质轻,作业范围大,回收状态良好等特点;机械手实现了内部走线,深海密封作业,关节绝对位置的检测和高精度控制。介绍了水下七功能电动机械手的整体结构,典型运动模块结构和工作原理,并对机械手进行运动学分析及作业空间分析,对其关键关节进行静力学分析,动力学仿真和有限元分析,验证机械手结构设计的可行性。

空间七自由度机械臂动力学建模与仿真

针对空间机械臂动力学建模复杂、无法实时解算的困难,提出了基于铰接体惯量法的空间七自由度漂浮基机械臂正、逆动力学建模方法。为了实时地解算机械臂运动情况,推导了基于铰接体惯量法的正向动力学方程,实现了O(n)次高效率计算;利用空间矢量的牛顿-欧拉逆向动力学方程,结合动量守恒定理,建立了基于铰接体混合动力学理论的自由漂浮空间机械臂的逆向动力学方程,并基于逆动力学方程建立了机械臂位置控制系统。在MATLAB中建立了漂浮基七自由度机械臂动力学模型及其仿真系统,并在SimMechanics中搭建了机械臂物理模型与仿真系统,两个系统的仿真结果验证了所建动力学模型的准确性。