Kinematic Research on Hinged Synchronous Universal Joint Applied for Snake-like Manipulator

The structure and motion principle of a hinged synchronous universal joint (HSUJ) is introduced, also whose kinematics is theoretically analyzed. As a result, a few kinematic characters of the HSUJ are obtained,which establish the foundation of its application for snake-like manipulator. Making use of the HSUJ ss actuating mechauism, the developed snake-like manipulator has the merits of small curve radius, fewer actuator, and small volume etc.

基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制

在多自由度机械臂运动过程中,易受到多连杆之间耦合作用的影响,导致多自由度机械臂关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果较差。为此,提出了基于梯度函数的多自由度机械臂关节角度自动控制方法。通过分析连杆运动和关节运动,建立多自由度机械臂动力学模型,获取影响多自由度机械臂关节角度的重要因素。在此基础上,基于梯度函数,结合神经网络算法,获取连杆和关节的控制策略,构建关节角度控制模型,实现多自由度机械臂关节角度自动控制。实验结果表明,所提方法能够有效实现多自由度机械臂关节角度自动控制,且具有较好的关节角度控制效果和运动轨迹跟踪效果。

六自由度上料机械手控制系统的设计与测试

为了对自动化生产线上料工位的六自由度机械臂进行控制,在IAP15W4K58S4单片机最小系统的基础上设计了机械臂控制电路,主要包括电源接口电路、程序下载电路和无线信号收发电路。采用模块化程序设计思路,编程实现了A/D转换、串口通信、舵机脉宽调制控制等功能。利用Proteus进行了脉宽调制控制程序仿真,通过正交试验对机械臂的定位误差进行了测试。仿真运行结果表明该机械臂控制电路能控制6个关节舵机按照要求协调运动,测试结果表明机械臂末端中心的定位误差不超过2 mm,满足物料抓取和定位的一般要求。

六自由度机械臂逆运动控制方法

首先根据机械臂关节轴线方向建立了连杆坐标系,并利用Denavit-Hartenberg(D-H)法得到连杆坐标系变换矩阵;其次通过连杆坐标系变换矩阵得到机械臂正运动模型;最后通过反向求解正运动模型得到逆运动控制模型。逆运动控制模型是多目标优化问题,该模型的最优解既可以保证控制精度又可以保证各个关节角旋转幅度达到最小,同时也可以保证解的连续性。为了求解机械臂逆运动模型,提出了一种改进的多种群差分演化算法(IMPDE),新算法以一定概率选择不同的变异模式,可以起到破坏种群的聚集程度的作用,从而达到增强算法全局搜索能力的目的。最后,数值实验表明,新算法可以有效求解机械臂逆运动学模型。

改进的自适应多种群DE的机械臂控制方法

根据机械臂关节轴线方向建立了连杆坐标系,利用Denavit-Hartenberg(D-H)法得到连杆坐标系变换矩阵;通过连杆坐标系变换矩阵得到机械臂正运动控制模型;通过正运动模型得到逆运动控制模型,逆运动控制模型是多目标约束优化问题,该模型的最优解既可以保证控制精度,又可以保证各个关节角变动幅度的总代价(定义为旋转副)达到最小。为了求解机械臂逆运动模型,提出了自适应多种群差分演化算法(AMPDE),多种群策略可以提升个体共享群体信息的能力,自适应变异策略可以提升种群多样性,数值实验表明该算法可以有效求解机械臂逆运动学模型。

基于AT89C51单片机的四自由度机械手设计

传统机械手控制部分以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、继电器控制为主,然而PLC控制成本较高、兼容性不好,而继电器控制效果不佳。为此,选取AT89C51单片机进行四自由度机械手控制,在硬件控制部分需要确定红外光电传感器与舵机信号,在控制系统程序设计中,在主程序外需要一些报警子程序、控制舵机响应速度的子程序。

机械臂逆运动控制模型与方法

据机械臂关节轴线方向建立了连杆坐标系,采用Denavit-Hartenberg(D-H)法求出各关节之间的坐标系变换矩阵,利用机械臂关节间的联体关系建立了机械臂正运动学模型,通过反向求解正运动模型得到机械臂逆运动学模型。为了解决逆运动控制问题,利用种群平均信息,提出了改进的多种群差分演化算法。最后数值试验表明新算法可以有效求解机械臂逆运动学模型。

单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性分析

本文主要针对一种新型的可以保留钻杆旋转自由度的机械手,研究其运移钻杆时的稳定性和安全性是否满足要求。该机械手通过蓄能器提高了停泵保压效果,通过滚轮结构保留了钻杆的旋转自由度。本文建立了机械手的多体动力学模型及配套的液压控制回路,并进行机-液联合仿真分析。在分别改变钻杆直径和液压回路压力的条件下,观察机械手夹紧效果。通过仿真得到了钻杆的夹紧力变化曲线及钻杆重心位置变化曲线,确定了液压系统的许用压力范围,并验证了单机械手夹持状态下钻杆运移平稳性满足要求。

一种单电机驱动外骨骼康复机械手的机构设计与运动分析

根据人手生物学结构,文章设计并制作了一种可用于手指康复训练的外骨骼机械手。该康复机械手由单一电机驱动,可同时训练5个手指,每个手指训练机构具有2个自由度,分别完成弯曲/伸展和内收/外展运动。文章详细介绍了康复机械手的结构及功能,采用封闭矢量方程建立了康复机械手训练机构的运动学模型,并分析了康复机械手的运动空间;利用ADAMS软件仿真了康复机械手各个关节点、指尖点的运动轨迹和3个关节所受到的力与力矩。制作的样机近端指间关节和远端指间关节弯曲角度关系曲线与正常成年男性食指的对应关系曲线相比较,可决系数R 2=0.9134,验证了该康复机械手设计方案的可行性和功能性。

立式挤压铸造机用三自由度三功能机械手

设计了一种与立式挤压铸造机配套的多用途机械手,具有3个自由度,可以模拟人的大臂、小臂和手腕运动,其主体部分是一个单支点的平行四边形机构。3个驱动电动机都设置在固定机架上,每个电动机只驱动1个运动,实现了驱动电动机与被驱动元件的运动学一一对应关系。在小臂端板上配置汤杯、取件器或喷雾器等执行元件后,即可成为给汤机、取件机或喷雾机,有利于立式挤压铸造机的自动化生产。

一种单关节式机械手最优轨迹设计

提出了一种单关节式机械臂的运动轨迹优化问题,建立二阶线性系统。以机械臂末端运动相较于理想轨迹所消耗的能量最少为目标函数,将连续性轨迹离散化,通过差分进化(DE)算法对运动轨迹优化处理。结合三次样条插值法确定出连续的轨迹,利用PD控制方法,实现对最优轨迹的跟踪,使得最终运动过程中消耗的能量达到最小。仿真结果表明,该算法的轨迹优化收敛速度高,智能性强。

多自由度机械臂抓取过程关节角度的智能控制

多自由度机械臂关节角度控制过程中,高精度的角度控制阈值无法准确界定,输出惯性误差较大,影响机械臂抓取过程的控制精度。为了提高多自由度机械臂的控制精度,设计一种针对多自由度机械臂抓取过程的关节角度智能控制方法。首先从连杆运动和关节运动两方面构建四自由度机械臂动力学模型。然后利用玛达尼推理法处理自适应滑膜控制器的模糊推理规则,根据机械臂的移动误差,通过自适应修正控制器的输出量,得到优化控制器。利用该控制器组建MGP模型,将机械臂的相关运动相关参数输入该模型中,即可实现对多自由度机械臂抓取过程关节角度的控制。实验结果表明,该方法对关节角度的控制性能好、机械臂运动轨迹的跟踪效果好,应用该方法后,机械臂对目标物体的抓取成功率最大值接近0.96,机械臂关节在执行抓取任务时的加速度变化存在周期性,数值基本保持在8 rad/s~2~10 rad/s~2之间,且该方法控制过程的鲁棒性较高。

基于自收敛同伦延拓法搜索七自由度机械臂零空间解集

针对七自由度机械臂零空间解集的无穷性,传统数值迭代只能求取单一解,解析法通用性较低,微分映射法精度较低的问题,本文在传统同伦延拓法的基础上采用同伦延拓参数自收敛的方式并加入关节限幅环节以优化延拓空间,并在此基础上,采用余弦函数作为同伦延拓辅助函数为方程组加入扰动。首先,根据改进DH参数法得到正运动学变换矩阵;其次,对自收敛同伦延拓法和传统同伦延拓法的求解时效、求解范围、对求解精度的适应性以及迭代限幅对求解的影响进行对比实验;最后,使用球形包围盒法结合加权取解的方式使得机械臂利用搜索到的零空间解集进行避障运动。经实验证明自收敛法的求解时效要优于传统法,加入关节限幅过程后,两种方法的时效性均有提升。

基于一类含极少运动副四支链两转一移三自由度并联机构的五轴混联机器人

首先提出了一类含较少运动副四支链两转一移三自由度(2R1T)并联机构(PMs)2RPU-UPR-RPR和2UPRRPU-RPR,然后提出了极限约束力螺旋系的概念,分析四支链2R1T并联机构末端的极限约束力螺旋系,对所提出的四支链2R1T并联机构是否同类机构中含运动副最少进行了论证。基于提出的四支链并联机构构造了一种五自由度混联机器人机构,建立了2-RPU-UPR-RPR并联机构的位置反解模型,并将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而对整个混联机器人机构进行了位置正反解分析,建立得到了混联机器人机构位置反解的显式解析表达式,并用加工球面轨迹的算例对所建运动学模型的正确性进行验证。提出的五自由度混联机器人含有极少的运动副,且所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。

灵巧节能的单自由度仿真机械手驱动机构设计

为解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置驱动元件多,结构复杂且笨重的问题,设计了一种灵巧节能的单自由度仿真机械手的驱动机构,推导了各指节间的运动关系方程,利用ADAMS建立了其参数化仿真模型,分析了特定构件尺寸的机构运动轨迹与人手抓取轨迹的差距,进而提出满足人手抓取轨迹、驱动力矩小、各构件尺寸小的驱动机构的优化数学模型,经NSGA-II算法获得与人手抓取轨迹相差无几的多个最优方案,并用参数化模型进行了验证。设计结果表明,所提出的驱动机构仅需一个驱动元件即能实现手指各关节的灵巧运动,且结构尺寸小,满足节能环保的要求,是仿真机械手设计的新尝试。