六自由度模块化机器人手臂奇异构型分析

对六自由度模块化机器人手臂工作空间内的奇异构型进行了分析。首先搭建模块化机器人手臂系统,并采用DH法对其进行结构建模,得到正运动学方程;其次,结合机器人手臂的正运动学方程,采用基于机器人连杆速度的方法构造其雅可比矩阵,再基于雅可比矩阵求解机械臂出现奇异状态的所有构型情况,得到所有奇异点并分别给出相应的手臂构型;最后,基于可操作度灵活性指标和最小奇异值灵活性指标应用Robotics工具箱对机械臂的奇异情况进行仿真分析,并考察机械臂处于奇异位型时末端参考点的可操作度椭球情况。仿真结果表明该机械臂共有3种奇异情况,验证了上述机械臂奇异位型分析的正确性,为后续模块化机械臂的轨迹规划研究和奇异点规避研究奠定了基础。     

空间转动3-SPS-1-S型并联机构奇异位形研

奇异性是机构的固有性质,奇异位形分析对并联机构的轨迹规划和控制具有重要的意义。研究一种空间转动三自由度3-SPS-1-S型并联机构的奇异位形,构建了该并联机构的运动学模型,建立了机构位置逆解与速度映射解析方程,并求出了机构Jacobian矩阵;提出该机构奇异位形的判别准则,并引入了可操纵度这一运动性能评价指标进行奇异性分析。分析结果表明,该机构在指定任务空间具有良好的可操纵性与运动性能,但在工作空间内具有发生位形奇异的可能,在运动过程中应当避开特殊运动位置以避免奇异位形的发生。     

空间转动3-SPS-1-S型并联机构奇异位形研究

奇异性是机构的固有性质,奇异位形分析对并联机构的轨迹规划和控制具有重要的意义.研究一种空间转动三自由度3-S(P)S-1-S型并联机构的奇异位形,构建了该并联机构的运动学模型,建立了机构位置逆解与速度映射解析方程,并求出了机构Jacobian矩阵;提出该机构奇异位形的判别准则,并引入了可操纵度这一运动性能评价指标进行奇异性分析.分析结果表明,该机构在指定任务空间具有良好的可操纵性与运动性能,但在工作空间内具有发生位形奇异的可能,在运动过程中应当避开特殊运动位置以避免奇异位形的发生.     

农林用精准对靶机械手运动学建模及仿真

本文对农林用精准对靶机械人蛇形机械臂运动学进行了建模和仿真。首先对精准对靶机械人研究背景及蛇形机械臂的结构进行了描述，对绳长和关节姿态角度关系进行数学建模，分析了蛇形机械臂绳长与关节姿态角对应的关系，利用MATLAB对运动学模型进行了仿真验证，同时对机械臂末端轨迹进行了仿真。研究表明：关节与绳长建模与MATLAB仿真结果一致，验证了运动学建模的正确性。机械臂末端机构具有较大的可达空间，可以满足机械臂末端机构对靶运动空间。     

基于SimMechanics的空间3R机械臂建模与仿真

对空间3R机械臂建立的虚拟样机模型进行模拟仿真。由于对机械臂的运动学与动力学分析较为困难,导致机械臂的控制难度较大,不利于其扩大应用范围。针对三自由的机械臂的动力学问题,使用D-H坐标法建立运动学模型,使用逆运动学规划运动轨迹后,利用MATLAB中的SimMechanics工具箱来建立模型,以便对机械臂的运动进行模拟仿真,然后得到运动的模拟图和各个关节的驱动力矩,并验证模型的合理性。     

基于前馈补偿的3R机械臂力位混合控制研究

分别采用笛卡尔空间解耦控制法和参考力前馈补偿力控制法对3R机械臂进行了位置控制和力控制的混合控制。首先使用拉格朗日方程推导了3R机械臂关节空间动力学方程,进而利用雅克比矩阵推导了其笛卡尔空间规范化动力学方程,然后基于此模型在MATLAB/Simulink中建立了Sim Mechanics可视化仿真系统,接着采用笛卡尔空间解耦控制法对机械臂进行位置控制。为了减小干扰力对机械臂末端力控制精度的影响,利用一种基于参考力前馈补偿的机械臂力控制算法对其进行力控制。最后通过仿真结果验证了该机械臂力位混合控制算法具有响应速度快、超调量小、稳态精度高等优点,实现预期目标。     

2RRUR—2RSS并联机构结构特性与运动学分析

基于方位特征集设计理论和方法,设计了一种全由转动副组成的、动平台能实现空间三平移一转动的无过约束并联机器人机构,对其进行了拓扑结构特性分析;导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵,通过算例和Pro/E的仿真结果,验证了模型的正确性;并进一步对该并联机构作业空间的几何性质、转动灵活性及奇异轨迹进行了分析。分析表明,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性,但在工作空间内具有发生位形奇异的可能,因此,在运动过程中应当避开特殊运动位置以避免奇异位形的发生。     

串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究

工作空间的体积可以反映串联机器人运动灵活程度.研究了一种串联机器人机械臂的工作空间问题.首先,提出机械臂的基本结构,进行简化,得到其运动模型;在此基础上对机械臂进行了运动学分析;然后,采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,得出了机械臂末端的工作空间点云图;提出了自适应划分网格方法,并用该方法计算了该工作空间的体积;最后,分析了机械臂结构参数对工作空间体积的影响,为机械臂的参数优化提供了理论依据.     

全柔性机械臂的实验模拟分析

机械臂是采摘机器人的重要组成部分.本文采用柔性骨架结构,设计了一种新型全柔性机械臂,其运动依靠四根柔性骨架的拉伸实现.为了研究全柔性机械臂的空间运动与柔性骨架变化量的关系,对其空间运动进行实验模拟和坐标采集,通过对实验数据的分析,得出柔性臂的力学模型与材料力学中悬臂梁的模型相似.根据悬臂梁模型提出假设,结合理论计算推导,得出关系方程,并通过MATLAB仿真验证了方程的准确性.     

3-RPS并联机构奇异位形及工作空间研究

提出一种求解并联机构无奇异位形工作空间的方法。通过分析3-RPS并联机构在奇异位形时动平台的微分运动与结构约束及关节约束的关系，得到机构奇异位形判别方程和奇异位形曲面方程。探索了工作空间边界，综合分析了机构奇异位形与工作空间的关系。合理选择机构结构参数和关节变化范围，得到了无奇异位形的工作空间。     

基于MATLAB的桃园剪枝机械臂运动学及工作空间分析

为发展桃园机械化,通过对桃园工作环境的分析,设计一种剪枝机械臂;并以桃树剪枝机械臂为研究对象,采用D-H法建立各杆件坐标系,运用robotics工具箱建立该机械臂的数学模型。并对其进行工作空间仿真及轨迹分析。研究结果表明:所建模型可以实现桃树机械化剪枝,空间重合度达90%;仿真函数可以准确、有效地获得机械臂的运动参数和运动轨迹,为进一步的研究提供重要的理论依据。     

黄瓜采摘机械臂结构优化与运动分析

黄瓜采摘机器人在非结构环境中工作时,其机械臂的结构特点与运动精度将直接决定机器人作业范围和采摘成功率。针对黄瓜特定的栽培模式,结合机械臂工作空间及结构长度指标,运用参数优化法,对采摘机械臂构型和结构参数进行了优化设计。建立了机械臂运动D-H模型,实现由关节空间向笛卡尔空间的正逆变换,并确定了机械臂速度雅可比矩阵;应用三次多项式插值法,建立了机械臂关节空间运动规划模型;应用Matlab平台对优化参数进行仿真。结果表明,机械臂实际采摘范围可达到目标工作区域90.5%以上,关节位移变化曲线光滑,运动平稳。     

农业采摘机器人机械臂结构设计

【目的】农业采摘机器人是一种集机械、电子、传感、计算机于一体的多功能农业机械设备,被广泛应用于水果、蔬菜采摘领域。但其在对果实的识别和抓取方面仍存在很大的不足。【方法】机械臂是农业采摘机器人重要的组成部分之一,也是其主要执行机构。笔者根据机械臂结构特点与功能需求,设计了一种六自由度、关节运动灵活且可更换的采摘机器人机械臂,该机械臂通过控制系统调节3个平动关节在工作空间中的位置和角度,从而获得末端执行器能够完成采摘任务所需的最小工作空间,通过六自由度变换得出6个关节在工作空间中坐标系之间运动轨迹关系。该机械臂由视觉模块、驱动模块及控制模块构成。基于D-H参数法对采摘机器人机械臂进行运动学分析,并进行仿真验证。【结果】该机械臂具有较好的定位精度,能够满足农业采摘机器人对果实的抓取要求。     

基于D-H法的挤奶机器人机械臂运动学分析

为了保证挤奶机器人的机械臂能够满足使用要求和精度,并快速可靠地工作,对其进行运动学分析。采用D-H法对机械臂的位姿和坐标变换进行建模,通过设置机械臂各杆件坐标系,确定各杆件的齐次坐标变换矩阵,并建立挤奶机器人机械臂运动学方程。分析结果表明,所设计的机械臂能够满足使用要求。     

5-DOF机械臂运动学分析及运动轨迹规划

基于D-H参数法构建机械臂运动学方程和模型,通过理论推导和仿真实验进行相关验证。根据蒙特卡洛法画出机械臂的空间点云图,给出机械臂的工作空间范围。采用五阶样条曲线在机械臂的关节空间坐标系进行路径规划,并通过Robotics Toolbox工具包给出各个关节的角度、角速度和角加速度的拟合曲线。在笛卡尔空间坐标系,构建运动轨迹基于时间律的运动基元,给出空间直线轨迹和空间圆弧轨迹的一般方程,并基于MoveIt!对机械臂的轨迹规划进行仿真实验。结果表明,得到的运动学模型和运动规划路径能够满足实际需求,为机器人的控制提供相应的支持。     

三平移并联机构拓扑设计与运动学分析

基于子运动链生成子工作空间和基于叠加原理的并联机构拓扑设计方法,设计一种具有符号位置正解且运动解耦的纯三平移并联机构,并对该机构进行拓扑分析;运用基于拓扑特征的机构位置分析方法求解该机构位置正逆解并进行验算;基于SKC单元的奇异分析方法对该并联机构的奇异位形进行分析,并求解该并联机构规则无奇异的长方体工作空间。研究结果为一类具有规则工作空间并联机构的设计提供了理论基础。     

Tripod并联机器人工作空间完全解析与实验验证

针对Tripod并联机器人工作空间一般用数值搜索方法研究,难以给出边界曲面准确表达的问题,提出一种曲面扫略分析与机械结构形位分析结合的方法来解析Tripod并联机器人的工作空间。以正逆解的算法为基础,得到并联机器人各单开链扫略空间范围及其包络曲面表达式,用三维软件布尔运算得出各支链公共的工作空间,在考虑虎克铰约束和杆件干涉的情况下,再依据机械结构形位分析得到机器人实际工作空间及边界曲面表达式,并对工作空间的奇异性进行了分析。通过三坐标测量仪器测出实际的工作空间与理论分析解析出来的空间进行对比来验证解析方法的正确性,从而为机器人机械结构参数设计和工作空间计算奠定基础。     

青皮核桃采摘机械臂设计与仿真

针对大多数核桃种植区采摘核桃仍为人工采摘,效率低下、用工多等问题,设计了一种机械臂和末端执行器协作的采摘装置。首先,采用SolidWorks建立虚拟样机,对末端执行器进行受力分析并且利用ANSYS Workbench中的Static Structural模块对末端执行器关键部件进行静力学分析,得到手指最大应力为17.69 MPa,能够完成果实抓取任务。然后,采用D-H法对机械臂建模,使用MATLAB软件的机器人工具箱(Robotics Toolbox)进行建立机械臂数字模型,并对其进行工作区间分析和轨迹规划仿真。结果表明,所选机械臂和末端执行器能够满足设计要求。     

3T1R并联机构结构降耦设计与运动学分析

根据基于方位特征(POC)的并联机构设计理论与方法,提出了一种结构简单、能实现三平移一转动的并联机构,拓扑结构分析后发现其耦合度k较大(k=2),其位置正解及动力学计算较复杂;为此,设计了结构降耦后的新机型,证明其耦合度k=1,其位置正解易用一维搜索法求出,并给出了基于序单开链法的该机构位置正解求解的一维搜索法及其数值解;同时,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间及其转动能力,探讨了该机构发生3种奇异位形的条件。     

死鸡捡拾机械臂设计及运动学分析

根据当前我国死亡肉鸡捡拾劳动强度大,人禽共患病的风险高等问题,设计一款五自由度的机械臂以实现死亡肉鸡的无人化捡拾工作。该机械臂各关节主要由电机驱动,选择单片机对各个关节电机进行控制,绘制其三维模型,同时建立该机械臂的D-H方程,并利用Matlab中的机器人工具箱建立其仿真模型,利用七次多项式插值对其运动轨迹进行仿真,并利用蒙特卡洛法对工作空间进行仿真分析。结果表明：该机械臂的工作空间在水平方向为半径980 mm的圆,可覆盖死鸡捡拾位置,可满足预设工作需求,同时根据仿真轨迹以及各关节速度加速度图可知机械臂各关节运动平稳,为之后控制系统的设计奠定一定基础。