首先将串联机构与二自由度平面并联机构相结合,开发出一种新型四自由度混联构型工业机器人,采用D-H法建立坐标系并推导出运动学方程;利用MATLAB数值扫描方法,得到机械臂末端执行器的可达空间;根据位置正逆解算例,在机器人的作业空间内任取若干点,验证了运动学正、逆解方程在一定精度范围内的正确性。然后用SolidEdge建立虚拟样机模型,并将模型导入到ADAMS环境下进行运动学仿真分析,验证解析结果的正确性。最后将仿真结果和理论解析结果进行比较,证明了所设计的混联型机器人理论分析的正确性和设计方案的可行性,为后续控制等方面的研究打下了基础。

以自主研发的混联码垛机器人为研究对象,介绍了以2(2-RPR)并联机构为基础的新型码垛机器人的结构特点,并对其进行运动学分析。基于运动学分析的结果,对码垛机器人的误差来源进行分析,利用摄动法建立了广义坐标偏差对机器人末端位姿影响的误差模型,利用MATLAB软件对误差模型进行仿真分析,进而验证误差模型的正确性并为后续的机器人误差补偿或主动控制提供参考依据。

为满足肢体残障者康复训练的需要,研制了一种新型的人机融合性好、模块化设计的肢体康复训练机器人,本体结构主要由上肢康复机构、下肢康复机构、支撑架组件三部分组成;基于下肢运动机理,结合机构运动,建立人机学模型,即平面闭环铰链四连杆刚体模型;在此基础上,对其进行了运动学分析和仿真,推导出下肢关节角度、角速度、角加速度随曲柄角度的变化规律。为使训练过程中下肢关节匀速摆动,建立下肢摆动方程,仿真得到机构曲柄作为原动件时其角速度变化规律,为机构的智能控制提供运动学参数。

提出一种空间移动并联机器人机构,该机构由静平台、动平台和连接两平台的三条结构完全相同的CPR型分支运动链构成。基于螺旋理论对其动平台运动输出特性进行了分析,并利用全局雅可比矩阵研究了机构的主动输入选取和奇异性;根据不同的主动输入方式建立了机构的位置矢量方程,尤其是当采用圆柱副的线性位移作为主动输入时,机构动平台的输出运动与主动输入间呈一对一的线性映射控制关系,其速度雅可比矩阵为阶单位阵,因此该机构在整个工作空间内具有完全各向同性的特性;利用ADAMS和MATLAB软件对机构进行运动学仿真;最后,讨论了机构的工作空间。

随着社会老龄化,外骨骼技术逐渐应用于助老领域,针对存在下肢退化性关节炎老年人行走过程中需减轻自身重量对承重关节压迫的具体需求,分析了减重外骨骼构型特点,并在此基础上设计了一种基于2-UPS机构的减重外骨骼。外骨骼与人体通过骨盆及前脚掌连接构成单闭环,应用闭环矢量法建立外骨骼运动学模型。基于老年人常速行走过程中下肢关节角度变化关系,计算外骨骼主、被动运动副在一个步态周期的速度和加速度。应用拉格朗日法分别对行走过程中双腿支撑相和单腿支撑相进行动力学分析,并通过Adams仿真软件验证了动力学模型的正确性。

针对现有轮式全向移动机器人在工程实际应用中存在的驱动轮同步转向能力差的问题,设计了驱动轮同步转向机构。首先,基于虚拟样机技术分析了该同步转向机构的工作原理,并将它应用于轮式全向移动机器人。然后,利用运动学原理对加人同步转向机构机器人进行运动学分析,得到了电机输人转速与驱动轮转向速度之间的关系。最后,根据系统结构参数研制了一款主要应用于工厂物料搬运工作的产品样机并进行实验验证。机器人横向移动实验结果表明,该机器人可以通过不同方式进行全向移动,验证了该机器人的全向移动功能。研究表明同步转向机构的应用降低了轮式全向移动机器人控制难度,实现了机器人高速、高精度、高稳定性全向移动。

对传统矩阵控制策略研究发现大位姿条件下控制精度不足，为提高二自由度冗余振动台在大位姿条件下的控制精度，提出基于运动学分析构建振动台位姿控制系统，利用运动学正解及雅各比矩阵进行液压缸信号与自由度信号间的变换。基于ADAMS平台建立冗余振动台模型，分析在大角度运动时，位姿控制方法与传统矩阵控制方法的偏差。实验研究证明，基于运动学分析的控制策略可以提高大位姿情况下振动台的控制精度。

通过对人体行走方式和姿态的分析研究确定了行走助力机器人髋部、膝部、踝部3个关节的尺寸及动力驱动类型并完成机器人的结构装配;设计驱动液压系统的原理图对驱动系统中液压缸的动作进行算法优化并采用拉格朗日算法完成机器人的运动学分析;使用Virtual.Lab Motion与AMESim进行机液联合仿真将仿真结果与计算所得曲线进行对比证明了运动学分析的正确性和液压驱动系统的可行性。

对柱塞配流海水轴向柱塞泵进行运动学分析给出了柱塞相对缸体和柱塞相对斜盘的运动分析表达式及仿真曲线.

针对液压四足机器人在运动过程中的机身扰动较大的问题提出基于运动学和虚拟模型的液压四足机器人机身扰动抑制策略。分析机器人机身扰动产生的机理及其影响建立四足机器人整机运动学方程根据机器人实时姿态反馈抑制机身扰动。同时在机器人机身横滚和俯仰自由度上引入弹簧阻尼虚拟元件通过调整虚拟力的大小控制机身姿态。面向机器人对角小跑步态对机器人摆动相和支撑相进行足端轨迹规划。通过液压四足机器人平台进行实验验证实验结果表明该扰动抑制策略能够根据机器人的机身姿态调整关节角度机器人机身起伏小机器人实际运动轨迹与理论运动轨迹接近验证了所提方法的有效性。