提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行。基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度。用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形。由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构用于不规则曲面雕刻机的应用实例。实验研究表明,该机构可以满足雕刻的需求。

提出了一种基于3-RRRS机构的并联机床构型。RRRS是由3个R副和1个S副组成的支链。3-RRRS机构在上下平台之间连接移动平台,实现移动平台相对于下平台的六维运动;安装在移动平台上的动力头完成机床的加工操作。RRRS运动支链的每个R副配备1个驱动动力,共有3个驱动;整个运动支链系统有9个驱动,具有从属驱动特性,使并联机床具有较大的工作空间和较好的运动动态特性。首先,介绍了新型机床的模块化结构;其次,对基于3-RRRS机构的机床进行建模分析,给出了机床操作中各机构变量的运动和控制模型;最后,给出计算实例,并用运动仿真对计算结果进行了验证。相关工作为后续设备的实际使用提供了理论依据。

为解决冗余机械臂在逆运动学求解中出现多重解的问题,以Jaco2的7DOF-S通用机械臂为对象,提出了一种结合解析法与基于坐标变换的几何解法的逆运动算法。根据机械臂的几何结构,推导出中间转角的唯一解,并以此映射解算得到其余关节转角;经过Matlab Robotic Toolbox与Simulink模块验证,表明该算法的精度、运算效率较高;基于已验证的运动学模型,提出了一种基于粗插补和精插值的五次插值规划算法,经Matlab轨迹规划验证模型的计算结果表明,各关节转动的连续性与平稳性较好。

以末端执行器的位姿误差最小为优化目标,将机器人的逆运动学问题转换为一个等效的最优化问题,并利用提出的改进粒子群优化算法对该问题进行求解。该算法从粒子群的初始化、惯性权重调整策略、差分变异进化及搜索空间的越界处理等多方面对标准粒子群优化算法进行综合改进,同时构建了以粒子群进化和差分变异进化为基础的两阶段混合协同进化机制,达到了有效平衡算法全局探索能力与局部开发能力的目的,提高了算法的收敛精度和收敛速度。以平面冗余机械臂和7自由度冗余机械臂的运动学逆解运算为例,将提出算法与对比算法用于逆运动学问题的求解。仿真结果表明,与对比算法比较,该算法具有更高的收敛精度、更快的收敛速度以及更强的寻优稳定性,能有效解决冗余机械臂的逆向运动学问题。

以人类的构造为原型,基于仿生学的角度,设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人。通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标,分析数据,获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律;建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析,求解出下肢各关节角度的变化情况,并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度;在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型,并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真,结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置,通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走,并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比。研究结果显示,仿人机器人能够实现稳定的步态行走,确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性。以实验结果...

传统6轴机器人的逆运动学求解需要位置信息和姿态信息,针对物体姿态识别困难和不确定性大的问题,提出了一种根据物体位置信息的6轴机器人姿态求解算法。基于机器人灵活性的概念,建立机器人第5轴的服务球模型,离散化机器人末端位置点,得到服务球面上的一系列离散点。在机器人共形几何的基础上,研究离散点与机器人关节角的映射关系,得出机器人在某一空间位置点的姿态集合。根据机器人奇异性、关节避限和关节连续性的综合准则,从姿态集合中选取一组最佳的机器人姿态。在笛卡尔坐标系下进行不同位置点的插补,通过求解不同插补点的姿态,实现机器人不同位置点间的连续运动。结果表明,根据物体的三维坐标信息,可以完成6轴机器人的逆运动学计算,并且计算速度快、准确性高,简化了物体的姿态识别过程,提高了机器人连续作业的效率。

针对冗余液压驱动四足机器人运动学逆解问题,提出一种基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制方法.该方法既能解决冗余自由度带来的逆解多解问题,还能使机器人足端入地角度满足摩擦锥要求避免足端滑动.首先,规划机器人足端轨迹得到机器人足端速度,在分析机器人足端入地角度对机器人运动性能影响的基础上,结合机器人腿部结构几何关系,建立扩展雅可比矩阵,确立机器人关节角度速度和足端速度的映射关系,即得到机器人关节角度的解.然后,在对角步态下,通过仿真对传统的梯度投影法和提出的扩展雅可比矩阵法进行对比,理论分析及仿真表明传统的梯度投影法存在误差累积,且在实时性上不如扩展雅可比矩阵法.最后,实验验证了基于扩展雅可比矩阵逆运动学分析方法的可行性和有效性.

针对一种5轴执行机构末端建立二维、三维的定位模型,使之定位到给定目标点处。采用向量积方法确定关节实际旋转角度的取值范围。二维模型中,分别旋转大臂、小臂和腕部关节点,进行二维平面定位;三维模型中,分别旋转腰部、大臂、小臂和腕部关节点,进行三维空间定位。逆运动学求解时,对大臂俯仰角度进行迭代,解出所有的有效解,并用正运动学分析方法对所有解进行验算。按照执行机构运行效率最高原则,从所有有效解中计算最优解。最后,给出二维模型和三维模型最优解的各关节点运动轨迹、各关节点角度-时间关系曲线。仿真结果表明:定位精度在毫米级,能够满足定位需求。

针对传统机床配置方式导致多轴微加工中心存在扰动刚度等问题,文章提出一种由三轴微铣和六轴旋转工作台组成的九轴数控微加工中心,工作台可以实现自由旋转、滚动和偏摆,以及三个短行程直线运动,并研究其刀具轨迹生成与控制策略,在轨迹生成策略中进行了正向运动学和逆运动学建模,并分别对微铣平移轴和旋转工作台的转动轴进行控制策略研究,最后通过仿真与实验验证了文中提出方法的有效性,所生成的参考命令在进给极限范围内,并能够保证足够的精度。

机器人的逆运动学解析解由于其精度高、求解速度快,使其在诸多逆运动学求解方法中始终占据着重要的地位。然而,对于一般的6轴工业机器人而言,解析解的不唯一性导致在一个姿态下可能对应着多组解。因此多解的选取问题是解析解所必须面临和解决的一个问题。以一种构型的6轴机器人为例,在求得其解析解的基础上,基于解析解表达式的数学特性和运动的连续性,得到了两个关键推论,在此基础上提出了一种快速的逆解选取算法,并开发了虚拟样机软件进行仿真,验证了该选取算法的有效性和时间性能。