苹果采摘机器人机械手运动学分析与仿真

通过齐次坐标变换建立了机械手的运动学模型,并对正运动学以及逆运动学分别进行了求解,通过初始位姿对运动学正反解进行了初步验证;利用矢量积法求解了机械手的雅克比矩阵,建立了机械手关节速度与末端执行器速度的瞬时对应关系;由机械手的具体结构设计出发,利用Pro/E 建立了机械手的实体样机模型,并导入仿真软件 ADAMS 中对其进行运动学仿真验证,使机械手整个运动过程直观化;同时分析了仿真过程中机械手各关节的驱动与机械手末端点运动变化的关系.仿真结果表明机械手的运动学方程解完全正确.     

基于螺旋理论的3自由度并联机构运动学分析

【目的】满足汽车表面加工与车漆喷涂的任务需求,利用机器人进行协同甚至自主完成加工、美化工作,提高工作效率。【方法】设计了一款具备多自由度的汽车车身制造与喷漆机器人,采用3-RPS并联机构作为执行部件支撑件,针对机器人的结构设计特点,主要对机器人末端3-RPS并联机构支撑部分的机构构型和整体运动采用螺旋理论进行分析,利用闭环支链建立机构运动学模型。【结果】利用MATLAB和Admas View软件分别完成了运动学方程求解和运动学仿真,两者结果误差在3%以内。【结论】仿真值与分析值的误差较小,在可忽略范围内,所建立的设计机构运动学方程有效可行,可以利用此结果进行进一步的机器人运动控制设计与相关研究。     

收获采摘机器人的运动学分析及仿真——基于ADMAS

为了对五自由度关节式收获机器人五自由度关节机器人末端执行器的位姿和运动进行描述,运用传统的D-H法建立各关节运动学数学模型,进行运动学正、逆解,求得末端执行器的位置关系式。基于UG软件建立了该机械手的三维立体模型,并通过ADMAS软件对机械手抓取、采摘和放下过程进行仿真分析,确定其运动轨迹。结果表明:所建立的运动学方程正确,设计的机械手满足工作要求,有较强的操作性,为收获采摘机械手的设计制造奠定了基础。     

多足仿生移动机器人并联机构运动学研究

以一种具有变形关节的多运动模式仿生移动机器人为研究对象,利用坐标变换法构建了并联机构的运动学模型;利用各分支末端之间的几何关系,求解了并联机构的运动学正解,并进行了仿真验证,仿真结果表明该机器人运动学模型构建正确、运动学正解求解正确;利用几何建模和数值求解方法对并联机构的运动学逆解存在性进行了求解验证与分析证明。     

模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证

针对六自由度模块化串联机械臂,进行了正运动学求解,并提出了该种臂型的运动学逆解计算方法.从机械臂的结构特点出发,采用DH法进行结构建模,得到了正运动学模型.在逆运动学求解过程中,针对纯代数法找不到该种臂型的独立不相关变量方程的问题,采用几何方法求解机械臂前3个关节、后3个关节使用反变换法求解,通过给出解的组合原则,得到了该机械臂逆运动学的完整解析解.为满足机器人系统编程和实际控制需要,基于VC++编制了MFC的运动学算法程序,验证了正逆运动学求解的正确性,为机械臂精确定位和运动规划提供了必要的前提条件.     

八自由度机械臂位置运动学模型解析解

采用D-H法建立了八自由度农业机器人机械臂连杆坐标系,得到以关节变量为输入的正运动学方程。在正运动学方程的基础上,根据农业机器人实际工况以及机械臂自身的结构特点,设定了约束条件,进行了逆运动学分析,得到了各关节变量的解析表达式,并对正运动学与逆运动学计算结果进行了相互验证。采用ADAMS仿真软件建立了机械臂的仿真模型,进行了运动学仿真,仿真结果与理论计算相符。搭建实验平台,实验验证了正运动学与逆运动学求解结果的正确性。     

一种关节型摆盘机械手的运动学分析

为解决目前水稻育秧摆盘作业仍以人工为主、种植季节需要大量劳动力、劳动强度大、作业效率低等问题,设计了一种4自由度关节型机械手实现摆盘作业,对机械手的手臂和手腕进行选型。运用D-H方法构建了机械手的运动学模型,利用MATLAB强大的符号运算功能对方程进行求解,得出正逆运动学的解。通过正逆运动学的解,可以得出机械手各关节工作时的运动轨迹和机械手欲到达某一位姿时各关节的扭角值。     

五自由度并联机器人机构动力学模型

提出了4-UPS-UPU 5自由度并联机器人机构,建立了机构的动力学模型.推导了UPS和UPU支链的运动学反解的解析方程,并建立了各个构件速度与动平台速度的映射关系;推导了各个运动构件的外力对应于5个驱动杆的等效驱动力,然后用虚功原理推导了4-UPS-UPU并联机器人机构的动力学模型,为支链中驱动力和约束力矩的求解以及整个机构的动力学分析奠定了基础.最后结合机构的工程应用实例,采用Matlab编程对动力学模型进行了实际计算,并绘制了机构驱动杆驱动力和约束力矩的变化曲线,将上述分析结果与ADAMS虚拟仿真结果对比验证了所建动力学模型的正确性.     

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。     

“8形”凸轮整排取苗机构运动学分析与仿真

针对目前国内旱地移栽机存在取苗效率和自动化程度低等问题,设计了一种"8形"凸轮整排取苗机械手,并进行了运动学分析。同时,通过建立数学模型,推导出机械手各个关节速度与加速度方程,以"8形"凸轮整排取苗机械手的设计结构为出发点,建立取苗机械手的样机模型,使用Mat Lab和ADAMS求解苗针位移方程进行对比,并在ADAMS下进行了仿真,验证了数学模型的正确性,且对数学模型进行了优化。     

基于农田不平度的拖拉机机组输入谱推导与振动仿真

推导了拖拉机为两轴四轮、播种机为单轴两轮的六轮输入谱矩阵,可用于研究牵引式播种作业机组受农田不平度激励所产生振动的频域特性.用Roberson-Wittenburg(R-W)方法建立了牵引机组的22自由度动力学模型,然后根据R-W法建立了机组的动力学普遍方程,在对方程进行运动学和动力学分析的基础上,采用多步Geal-预估-校正法进行了时域求解,采用等效的统计线性化方法进行频域求解,对比分析表明动力学模型正确.     

应用于茶叶罐分拣的码垛机器人最优关节空间控制

针对茶叶罐分拣生产线的高效率运动控制,提出一种码垛机器人最优关节控制方法。首先,设计茶叶罐分拣码垛机器人生产线的三维模型,根据拉格朗日方程推导出机器人动力学模型,明确模型的输入输出关系。进而,利用萤火虫算法的寻优优势对码垛机器人进行运动学反解,并引入NUBRS曲线平滑处理经五阶多项式插补的轨迹。最后,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来实现关节空间内的高精度轨迹跟踪控制。研究结果表明:与滑模控制和反步法控制相比,本文控制器具有更高的控制性能;萤火虫算法能在0.37 s内求解机器人反向运动学,结合五阶多项式插补法与NUBRS曲线能获得光滑柔顺的参考关节轨迹;本文控制器能有效抑制集总干扰力矩影响,保证机器人关节空间内轨迹跟踪精度。     

基于改进蚁群算法的3-PPR并联机构位置正解研究

针对3-PPR并联机构位置正解问题,运用螺旋理论计算其自由度,并分析其运动特性,同时通过解析法构建该并联机构的完整运动学逆解。将并联机构运动学正解问题的求解转化为对目标函数优化问题的求解,并基于此建立该并联机构正解的目标函数优化模型。通过对基本蚁群算法进行有效的改进,构建了可用于求解连续优化问题的改进蚁群算法。运用该算法求解3-PPR并联机构的运动学正解并进行Matlab仿真分析,对比传统数值方法和改进蚁群算法,证实该算法具有良好的全局寻优能力,并能避免初值和局部最优值对计算结果的影响,可有效应用于求解并联机构的位置正解问题。     

切削加工机器人系统综合误差解耦补偿

以6自由度机器人及2自由度变位机为研究对象,运用机器人微分变换理论建立存在误差情况下的运动学方程。针对机器人在切削加工中动、静态误差存在耦合的情况,通过分析切削加工系统的特点,运用摄动法建立了相邻两连杆间的动、静态误差的传递关系,并由此推导出机器人末端执行器与各关节轴动、静态误差的关系,对机器人及变位机各运动副间的误差进行了解耦,建立了切削加工机器人系统的误差补偿模型,并验证了其有效性,为进一步研究机器人末端执行器与各关节及臂杆间的误差关系打下了理论基础。     

片簧型柔顺并联机器人运动规划与轨迹跟踪技术

针对柔顺关节并联机器人系统存在的误差因素,为提高系统整体性能,开展运动规划及轨迹跟踪研究。根据性能要求,设计柔顺关节的结构参数,分析柔顺关节特性,建立机器人系统的分析模型并推导运动学方程。针对柔顺关节轴心漂移引起的杆长误差,提出一种机器人主动杆和从动杆实际杆长的计算方法,修正主动杆关节角的期望轨迹。为补偿系统振动及参数摄动误差,基于径向基(RBF)神经网络设计模型逼近控制算法,跟踪期望轨迹。基于Solid Works、ANSYS、ADAMS及Matlab/Simulink建立机器人系统的虚拟仿真模型。仿真结果表明,提出的运动规划和控制方法将未补偿柔顺关节误差时的机器人末端轨迹误差降低了84%以上,能够有效提高柔顺关节并联机器人系统的运行精度。     

击打式松果采摘机器人设计与试验

针对人工采摘松果过程中存在严重安全隐患的问题,设计了一种击打式松果采摘机器人,该机器人系统主要由电机驱动模块、主控模块、视觉模块、夹持模块、采摘模块组成,视觉模块完成松果识别与定位,实时反馈给主控模块,并控制电机驱动模块,配合夹持模块和采摘模块作业实现松果采摘。采用Matlab仿真软件建立松果采摘机器人运动学模型,求解出机械臂工作空间为直径4.5 m的球体;基于冲量原理和Lagrange方程建立碰撞动力学模型,通过动态分析求解出碰撞后各关节保持原有运动规律所需的驱动力矩;运用静力学原理建立关键组件有限元模型,利用ANSYS Workbench对结构进行优化设计,优化后其安全系数最低为1.577 1,支撑关节最大变形4.148 4 mm。仿真结果表明:该机器人结构在运动学、动力学及静力学方面均满足设计要求。制作物理样机并在实验室环境下进行了松果采摘试验,样机初始状态尺寸1 000 mm×1 200 mm×1 100 mm,试验结果验证了机器人结构设计的合理性与实用性。     

多足机器人单腿运动学分析

多足机器人因其腿部具有多自由度、运动灵活等特点,因此对机械腿的研究就显得十分重要。笔者以多足机器人的串联三自由度机械腿为研究对象,从几何角度分析并研究其运动性能,而暂不考虑产生这些运动所需的力或力矩的作用。并且多足机器人每条机械腿的结构都相同,所以在对其进行运动学分析的过程中,以单腿的运动学作为研究基础。本研究将对腿部连杆结构建立D-H模型,求解两连杆坐标系间的变换矩阵,然后再求机械腿运动学的正解和逆解。采用Matlab Robotic Toolbox建立仿真模型进行验证,并运用蒙特卡洛数值分析法对足端工作空间进行仿真分析。     

组培苗移植机器人的运动学求解

为了实现对5自由度关节式组培苗移植机器人的精确控制,对机器人进行了运动分析和综合,采用Denavit-Hartenberg分析方法建立了机器人操作臂的几何模型和运动学方程,实现了机器人的运动学方程正解;根据机构特点,用几何解析法得到封闭形式的机器人运动学方程逆解。对组培苗移植机器人进行了运动学仿真分析,验证了所求得的正解和逆解。机器人运动学正、逆解的实现,为组培苗移植机器人的轨迹规划和精确运动控制奠定了基础。     

针对农用型下肢外骨骼运动学分析的旋量解法

农用型下肢外骨骼机器人是一种伴随农作者运动并提供有效负载和支撑的仿人下肢机器人,在田间劳作时,农用型下肢外骨骼在人体进行特定采摘动作的支撑和稳定过程中拥有复杂的动态系统,因此对农用型下肢外骨骼的正逆运动学分析变得更加重要。而对于农用型下肢外骨骼机器人运动学的分析,现有的运动学模型解法复杂且无法避免奇异位形的出现,在分析现有的运动学解法后,提出了一种基于旋量理论的运动学算法。结论表明,基于旋量理论的正逆运动学分析能从整体上对农用型下肢外骨骼进行描述,不仅简化了算法,提高计算效率的同时还避免了机构的奇异性。最后将所建立方程导入Matlab软件进行仿真分析,通过对比验证基于旋量理论建立的正逆运动学的可行性和准确性。     

基于Pro/E和ADAMS的曲轴连杆机构虚拟样机的设计与动态仿真

基于曲轴连杆机构系统的结构和运动特点,建立该系统的运动学方程并对其求解,运用Pro/E强大的三维建模功能对其进行实体建模,再利用ADAMS软件强大的复杂机械系统仿真功能进行运动学仿真,得出系统在特定运动状态下活塞运动的位移、速度和加速度特性曲线,验证了数学模型的正确性,为研究曲轴连杆系统的运动过程及结构优化提供参数。