基于D-H矩阵的径向柱塞泵的运动学分析

径向柱塞泵的运动学分析是研究其流量脉动及振动噪声特性的基本环节,传统上是在其运动机构图上利用几何解析的方法求得,但对于柱塞的复合运动,求解过程比较复杂。本文以D-H矩阵这一机构学中的代数工具来解决径向柱塞泵柱塞的位置确定问题,从而使其运动分析及运动的几何意义得到简化和明确。

基于D-H矩阵的挖斗可偏转挖掘机工作装置运动学建模与分析

文章首先介绍了一种挖斗可偏转挖掘机工作装置的结构,然后建立了挖斗可偏转挖掘机工作装置连杆坐标系,并采用了D-H矩阵建立了其运动学模型,最后利用MATLAB数值仿真工具分析了运动学模型。分析结果显示:挖斗可偏转挖掘机工作装置挖斗齿尖在Z轴的最大挖掘位置增加了80.3%,在X-Y平面内的工作区域增加了22.9%,验证了其工作的灵活性,为其实践应用提供理论依据。

基于D-H矩阵的球面5R并联机构误差建模及灵敏度分析

以D-H变换矩阵为建模工具,采用环路增量法,建立了包含杆件D-H参数的球面5R并联机构的误差模型,该模型不仅考虑了机构的结构参数误差,还考虑了由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差,使得误差模型更接近于工程实际;根据误差模型进一步计算得到了各从动件运动参数误差以及轴向间隙量的显式函数关系;最后对该机构进行灵敏度分析,研究了各几何误差源对该机构末端执行器位姿误差的影响程度。研究结果为该机构样机的标定、运动学补偿及应用提供了理论基础。

基于D-H矩阵的Stewart型并联机床位姿误差计算模型

针对6自由度Stewart型并联机床,以D-H变换矩阵为建模工具,建立起包含铰座位姿参数、杆件D-H参数的机床动平台位姿方程。采用矩阵微分方法推导出一个机床位姿误差线性化计算模型。该模型不仅使铰座位姿参数误差、杆件D-H参数误差等几何误差全部进入机床位姿误差计算方程,而且将机床位姿误差与几何误差之间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系。基于支链杆长方程建立起一个能描述机床位姿误差与几何误差之间实际映射关系的非线性计算模型,以其作为参考模型对线性化计算模型的有效性进行检验。仿真表明:在小误差条件下,线性化模型可以很好地逼近非线性模型,由于具有形式简洁、分析与计算方便等特点,基于D-H变换矩阵的位姿误差线性化计算模型可用于Stewart型并联机床的精度分析、精度综合及运动学标定。仿真结果还表明:当对机床位姿精度要求较高时,需要考虑杆件的全部D-H参数误差对机床位姿的影响。

基于D-H矩阵计算的工业六轴机械手末端定位的精准度

应用D-H算法判断机械手末端定位的精准度。在工业六轴机械手的各关节建立一个坐标系,用D-H算法计算每个关节转动一定度数后末端执行器的位置与姿态。通过实验证明该工业六轴机械手存在较小的位置误差,姿态误差几乎为0,精度较高。

基于D-H矩阵的六足机器人运动仿真与分析

六足机器人具有较好的多地形适应能力,常用于勘测、侦察等人类无法完成的工作。针对其足数较多,控制算法复杂的问题,从单足的运动控制开始,建立描述其运动规律的D-H矩阵,计算出运动学方程。通过求解单足运动学方程的正解,建立机器人单足运动学模型,通过ADAMS实验仿真,得出六足机器人各关节在不同坐标系下的位移、角速度变化规律。最后对六足机器人的直线行走、转弯步态进行分析。该方法具有结构清晰、计算简单的优点,可为六足机器人的运动控制提供解决方案与参考。

试用Givens及D-H矩阵方法推导空间凸轮的廓面方程

本文应用了Givens及D-H矩阵方法对空间凸轮的廓面方程进行了推导和探讨,这两种矩阵方法分别为共原点与不共原点的坐标变换矩阵方法。把这些方法用于空间凸轮的廓面设计,即为两自由度空间凸轮机构的研究和应用提供了方便。

基于D-H矩阵的3-URS并联机构位姿误差建模与分析

针对3-URS并联机构进行了运动学分析,利用D-H变换矩阵对其进行位姿分析,推导得到其运动学正解模型,在此基础上利用矩阵微分理论结合D-H矩阵得到了单条支链的位姿误差模型,最终得到全面考虑各关节处的误差来源(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型。应用该数学模型进行计算,并对3-URS并联机构的误差进行分析,给出了动平台末端误差随驱动角α_1,β_1的变化规律,通过该规律可得到误差敏感点,在工作过程中应注意避免。该误差模型的建立对3-URS并联机构的制造,及位姿控制的精度补偿有参考价值。

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。

基于D-H位移矩阵法的溢油回收系统扫油臂运动学建模

为实现溢油回收系统扫油臂机构的精准运动控制,运用D-H位移矩阵法建立了扫油臂机构运动学模型。根据变量的性质,将扫油臂机构分为驱动空间、关节空间、位姿空间;从运动学问题求解出发,利用机构的几何特征,分别推导出各工作空间之间的映射关系。在建立运动学模型基础上,进行了Matlab仿真,验证了所建数学模型的正确性和精确性,为扫油臂机构合理设计和运动点轨迹规划提供了一种高效便捷的方法。

基于D-H变换矩阵的Stewart型并联机床位姿方程及运动学反解

以D-H变换矩阵为建模工具,建立了包含铰链结构、支链类型、铰座安装位姿、杆件结构尺寸和运动参数等各类几何特征信息的6自由度并联机床的通用位姿方程,并进行了运动学反解。得到了以显式表达的主、从动关节运动参量计算公式。

液压型下肢外骨骼设计及其运动学建模

下肢助力型外骨骼辅助行走过程中两个重要问题为:关节驱动力矩匹配及人-机动作协同。所研制液压驱动型下肢外骨骼可通过动态调节溢流阀来设定外骨骼助力值,能适应不同助行负载。通过建立人体下肢关节与外骨骼关节位置映射关系、外骨骼关节角度与液压缸推杆位移关系,得到助行过程中液压缸推杆位移曲线。将该下肢外骨骼简化成支撑脚固定、摆动脚浮空、周期性移动的空间6连杆开环结构。建立关节坐标系模型,对设计的下肢外骨骼进行运动学建模与分析,得到摆动腿踝关节空间位姿与外骨骼关节角度的运动关系。通过两组人体标准姿态数据,验证对应下肢外骨骼简化结构的准确性。

虚拟关节臂式坐标测量机模型的构建与验证

关节臂式坐标测量机的测量误差受到众多因素的影响,且由物理构件带来的误差无法被消除。为此,笔者旨在构建一种虚拟关节臂式坐标测量机。首先,采用D-H矩阵建立其运动学模型,其次,利用PC-DMIS测量软件分析测量机数据并对模型的精确性进行检验,最后使用蒙特卡罗法和测量机模型完成仿真测量。通过与实际参数构建的模型、制造商参数构建的模型相对比,可知所构建测量机模型的测量精度能够满足要求。仿真结果表明提出的模型构建与验证方法对坐标测量的应用具有较高的工程价值。

XYZR焊接机器人运动学的研究

设计了一种XYZR型四自由度直角坐标焊接机器人,传动机构由x、y、z三个方向上的滑动机构和一个R方向的转动机构组成,转动机构连着末端执行机构即焊枪,在控制系统作用下,通过各个传动机构的运动实现末端执行机构的焊接功能。利用D-H参数法建立XYZR焊接机器人的运动学方程,对机器人的末端执行机构的运动进行理论推导,并利用ADAMS软件对机器人的末端执行机构进行运动学仿真研究,最后运用半实物仿真平台对焊接轨迹进行仿真测试。结果表明,由4个关节引起的运动的机器人末端位移、速度曲线变化平稳,验证了结构设计的合理性,为机器人控制系统的设计提供了依据。

主镜的新型轴向支撑及误差分析

针对传统Whiffletree机构存在刚性较差、自振频率和稳定性低的问题,提出了一种基于Whiffletree原理新型18点轴向支撑的设计方案。该方案采用高刚性和稳定性的消隙轴系机构。首先详细介绍了方案的设计原理,利用有限元软件对主镜轴向支撑进行优化设计,主镜最优面形的均方根(root mean square,RMS)值为1.6nm。然后采用D-H矩阵方法推导出轴向支撑的误差模型,与图解法相比,误差模型的最大误差为5.1%。最后利用误差模型建立极限位置误差的有限元模型,得到主镜面形的RMS值为2.6nm,分析结果满足设计指标所要求的RMS≤15.8nm。研究表明所提出的误差模型能够有效预测主镜面形,此方案设计合理。

动态双足机器人建模及步态优化设计

双足机器人行走时的稳定性是重中之重。如何规划合适的运动步态是提高稳定性的关键,也是当今众多学者的研究热点。首先,采用多连杆结构进行双足机器人建模,并使用D-H矩阵描述这种连杆结构,建立其正逆运动学模型。然后,提出以稳定性和能耗为目标的多目标步态优化方案,通过构造惩罚函数求得多目标优化问题的Pareto最优解集。最后,在ADAMS平台上建立模型并和Matlab进行联合仿真,将踝关节、髋关节的侧向角速度和左腿质心在前向、侧向和竖直方向的速度与加速度作为对比指标,通过与原始倒立摆步态规划、遗传算法优化比较得出:多目标步态优化方案在动态双足机器人行走过程中具有更高的稳定性。因此,基于稳定性和能耗的多目标步态优化方法,能够为双足机器人稳定性的研究提供理论指导和改进方向。

机械手臂中心视觉自动校正方法研究

为了提高机械手臂的运动精度需进行工具中心校正,但是采用自动校正方法需要经过多次重复校正才能得到工具中心的近似坐标值,而且准确度受到操作者的经验与技术的影响。为此,提出利用数个不平行摆放且轴线交于一点的影像传感器,配合视觉伺服完成工具中心点校正。首先,通过机械手臂参考坐标系3个轴向影像位置信息,获取机械手臂与影像传器的坐标转换关系。其次,依次利用各个影像传感器位置信息产生移动向量,使工具中心以不同姿态到达轴线交点取得校正参考点坐标信息。最后,利用校正参考点坐标信息求出工具中心点坐标。验证结果表明,采用所提出的方法可以快速且自动进行机械手臂工具中心点的校正。

复合转向机构优化设计与特性分析

阐述了一种摆动式复合转向机构,利用Denavit-Hatenberg齐次变换矩阵建立了该转向机构的运动学模型,提出了确定复合式转向机构关键铰点位置的多目标优化设计方法,结合工程实例,对转向机构进行了优化设计,用ADAMS软件对计算结果进行了验证,对转向机构的转向油缸驱动的非对称特性,转向机构的平顺性、侧滑特性和对称特性进行了分析。结果表明,提出的优化计算方法具有简单、可靠的特点,该转向机构具有转弯半径小、侧滑小和易控制等特点。

袋装水泥码垛机器人机构尺寸的优选

基于D-H矩阵建立4R袋装水泥码垛机器人坐标系,建立机器人运动学方程,采用MATLAB软件进行工作空间仿真和验证。利用速度性能指标理论对五组初步设计的4R机器人大臂与小臂尺寸进行优选,获得基于机构速度性能指标的最佳数据。该方法应用于某水泥粉磨站袋装水泥装车机器人的设计中,效果良好。