基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂设计与试验

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA机械臂,上部为柔性机械臂部分;同时,设计了SCARA与柔性机械臂的协调运动控制系统。通过分析机械臂的机械结构和工作原理确定机械臂的末端空间位置和机械臂的运动学关系,利用MatLab绘制其工作空间,并绘制柔性机械臂在随机两个空间点运动的轨迹、速度、加速度图,从而实现SCARA机械臂与柔性机械臂的运动控制。

输电线模块化双臂带电作业机器人作业空间与轨迹规划仿真

输电线路带电作业机器人可以辅助甚至替代人工实现输电线路的带电巡视和作业,然而机器人体积庞大,在野外复杂作业环境下运输十分不便,因此针对输电线路多种检修作业任务设计了一种模块化双臂带电作业机器人。模块化设计可以实现机器人的快速拆装,解决机器人运输难题。针对典型金具检修作业任务,对机器人机械臂进行运动学建模,并基于该模型对机械臂末端进行作业空间与运动轨迹规划仿真,仿真结果验证了双臂带电作业机器人系统设计的可行性和有效性。

偏置式冗余空间机械臂逆运动学求解的参数化方法

针对肩、肘、腕均有偏置的空间站遥操作机械臂(SSRMS)型7DOF冗余机械臂,提出了逆运动学求解的关节角参数化及臂型角参数化两种方法。前者根据机械臂的臂型特征,推导以θ1、θ2、θ6、θ7中的一个作为给定参数时其他关节角的表达式,得出8种可能解;后者首先构造与SSRMS型机械臂相对应的零偏置球关节—旋转关节—球关节(SRS)机械臂,然后以臂型角为参数求解SRS机械臂的逆运动学,再根据SSRMS与SRS机械臂的关系,得到SSRMS的8组逆解。仿真算例校验了所提方法的有效性。

空间桁架用双臂手移动机器人设计与仿真分析

面向于桥梁、体育场馆建筑、塔类基础设施以及宇航领域空间桁架结构检测和维护作业的自动化,提出一种可在空间桁架内自由穿行的双臂手移动机器人,通过方案分析与对比确定了该机器人移动方式及机构方案为:双臂手交替抓取移动、6-D.O.F关节型串联机构;进而进行了机器人实际结构设计及其虚拟样机设计;并推导出了逆运动学解;最后,利用Adams软件进行了在桁架内穿行移动运动仿真,由得到的各关节驱动力矩曲线、数据验证了该机器人设计的正确性和移动能力。

一种全方位护理移动机器人的结构设计与运动学分析

针对需要护理的环境背景及机器人的作业要求,提出了一种全方位护理移动机器人的设计方法,运用solidworks进行了各部分结构初期设计,并在ADAMS中对该虚拟样机进行了动力学仿真,完成了对选型的电机进行了验证;利用D-H方法建立了机器人上肢单臂运动学模型,得到了机器人的运动学正逆解;通过对上肢双臂建立两杆避碰模型,提出了两种相碰的检验条件,选出了最佳检测避碰方案,解决了约束条件下双臂的逆运动学问题;在Matlab环境下,利用蒙特卡罗法计算出工作空间,为确定机器人构形、参数和杆长的优化提供了依据;基于移动机器人在特定环境中的运行稳定性、应用范围、承载能力等特点,对机器人下肢移动方式进行了优化选择,采用全方位移动的完整约束Mecanum轮结构并建立下肢运动学模型,通过对其逆运动学速度雅可比矩阵秩的计算,结合具体结构的分析,优选出四轮全方位运动系统的最佳结构布局形式,提高了机器人运动过程中的稳定性.

多臂自由飞行空间机器人运动学特性研究

研究了在空间微重力环境下多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性 ,建立了多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学模型 ,在推导运动方程的基础上对多臂自由飞行空间机器人协调操作的运动学特性进行了分析 ,给出了计算机仿真实验结果 .

双臂空间机器人惯性空间轨迹跟踪的鲁棒混合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控情况下,漂浮基双臂空间机器人系统跟踪惯性空间轨迹的控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动系统,保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性关系;对系统的运动学分析表明,联系机械臂末端抓手运动线速度与机器人关节铰速度的Jacobi关系也可以通过增广向量的处理,得到保持惯性参数线性关系的增广广义Jacobi关系。基于以上结果,针对系统参数不确定的情况下,设计了自由漂浮双臂空间机器人跟踪惯性空间期望轨迹的鲁棒混合自适应控制方案。由于在上述系统运动学、动力学分析中耦合了系统动量守恒关系,所提出的控制方案具有不需要测量、反馈机器人载体位置、移动速度、加速度的优点;同时,由于上述控制方案仅在参考速度、加速度的计算中采取了参数调节方式,而在控制部分对不确定参数采用了保持鲁棒性的方法,有效地减少了计算量,有助于缓解空间机器人机载计算机运算能力有限的矛盾。通过对一个平面双臂空间机器人系统的数值仿真,验证了算法的有效性。

空间双臂机器人运动学及动力学分析与建模研究

针对空间双臂机器人运动学和动力学建模,对失重状态下空间机器人的运动学分析与建模进行了研究。给出了双臂机器人左右臂的DH坐标及参数,建立了正运动学的计算公式,基于臂形角的方法,给出了更高效的空间机器人冗余单臂的解析形式逆解求解方法。分析了空间双臂机器人全部工作状态,引入二元判定系数归纳得到了双臂独立运动、双臂协同操作、闭链本体漂浮、开链本体漂浮4种四种机器人工作状态,并基于拉格朗日方程得到了4种不同工作状态下的动力学模型。通过对空间双臂机器人运动学及动力学进行分析与建模,为空间双臂机器人的设计与研究提供理论基础。

柔性臂空间机器人的一类运动学方程及轨迹规划

用柔性机械臂连杆末端的弹性变形以及变形角度来表示空间机器人柔性臂的弹性运动变量,克服了用无穷维振动模态变量来表示弹性变形给系统运动学建模带来的困难;基于广义雅可比矩阵的思想,建立了柔性臂空间机器人＂双广义雅可比矩阵＂形式的运动学模型,该运动学模型描述了柔性臂弹性变形对空间机器人的运动影响;以运动学方程为基础,设计了柔性臂空间机器人的惯性空间内连续轨迹规划算法。仿真表明,规划的机械臂关节运动规律可以补偿柔性连杆振动给机械臂末端位置带来的影响,使机械臂末端位置准确沿着期望的轨迹运动。

闭链双臂空间机器人动力学建模及变结构控制

讨论了载体位置、姿态均不受控制的双臂空间机器人抓物系统的动力学建模和控制问题。利用拉格朗日方法和牛顿欧拉法分别建立了双臂空间机器人及负载的非线性动力学模型,结合空间机器人固有的特性及闭合链约束关系,得到抓持系统合成动力学方程。以此为基础,考虑到空间机器人系统结构的复杂性及其某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论,设计了该抓持系统惯性空间轨迹跟踪的滑模变结构控制方案及相应的内力控制方案,从而达到位置、力的混合控制。系统数值仿真证明了上述控制方案的有效性。

冗余空间机械臂的运动学和笛卡尔阻抗控制方法

为了能让七自由度空间机械臂在空间站外壁换位行走,需要在对接的过程中能够自动控制机械臂接触力以确保其在安全的范围之内。介绍了七自由度空间机械臂的运动学计算方法,采用二次计算法求得其逆运动学解。提出了基于安装在空间机械臂末端六维力传感器反馈的笛卡尔空间阻抗控制方法,将逆运动学解转化到关节空间的位置内环进行位置控制,经Simulink仿真优化参数后在空间机械臂上进行了调试实验,结果表明,力的控制效果柔顺。

面向托卡马克腔远程维护的机械臂设计与分析

根据ITER托卡马克装置远程维护的特点,提出了遥维护系统原理样机。重点讲述了遥操作机械臂结构参数设计优化和关节模块设计,以期实现遥控操作、精确定位、灵活避障等设计要求。结合实际要求,进行了强度校核与运动学仿真。

双臂型巡检清障机器人运动学分析与轨迹规划

针对机器人在巡检领域的清障问题,以双臂型巡检清障机器人为研究对象。基于MDH法建立巡检清障机器人的运动学方程,通过数学推导和仿真实验进行相关验证;根据蒙特卡罗法分别画出左右臂的工作空间点云图,求解出双臂协作工作空间的范围;在CoppeliaSim软件中建立巡检清障机器人模型,并通过Lua脚本语言控制机器人进行清障轨迹规划。仿真结果表明该机器人满足运动要求。