针对多机械臂协作系统模型的协作空间及奇异点问题,采用蒙特卡罗法和包络法进行分析。采用标准D-H参数法建立坐标系,在Matlab中建立机器人运动学模型,求出机器人的正运动学方程;采用蒙特卡罗法得到各机械臂的工作空间,采用包络法提取公共区域点,得到多机器人协作系统的协作空间及各个机械臂在协作空间内的关节角范围;提出了一种计算可操作度的算法,根据该算法计算分析了多机械臂在协作空间内的奇异点分布情况。采用Matlab/Robotics工具箱搭建仿真平台,并编写算法进行仿真分析,验证了多机器人协作系统运动学模型的正确性和合理性,证明了所提出的算法的可行性;为后续的协调操作和规避奇异点的轨迹规划奠定基础。

针对绳索驱动平面机器人的运动性能在工作空间内的分布规律进行了研究。介绍了绳索驱动平面机器人的构型和工作原理;建立了该机器人的运动学和动力学模型,并讨论了该机器人的工作空间和系统可操作度的评价指标;采用结构矩阵的条件数定义了该机器人的灵巧度衡量指标;通过实例计算分析了运动性能指标在工作空间内的分布规律。结果表明,在工作空间内,不存在奇异位形或不定位形,而且该机器人具有较好的运动和力传递性能,且在工作空间中心区域的运动和力传递性能要优于边界区域。研究结果为该机器人的进一步研究任务规划提供了基础。

在对机器人进行位形优化和轨迹规划时,往往需要考虑机器人的各向同性,而经典的条件数指标不能表示成关节转角的解析式,这限制了其在轨迹规划上的应用。为了改善双臂机器人协调操作物体在运动过程中的各向同性,提出了双臂机器人各向同性指标,该指标在功能上类似于条件数,但可以解析表达,所以基于该指标的轨迹可使双臂机器人在运动过程中具有较好的各向同性。经过对该指标的表达式分析和轨迹规划仿真实验研究,结果表明该指标还具有使机器人远离奇异位形并适当增加任务方向的可操作度值的功能。

提出了4-RPR型、4-RRR型、4-PRR型等三种新型无内部奇异的平面三自由度冗余驱动并联机构。运用螺旋理论分析了各机构的运动自由度,讨论了工作空间内部的非奇异性及其参数条件,建立了运动学模型,通过数值方法获得了各机构的定姿态工作空间,并通过数值仿真分析了各机构的可操作度性能指标,结果表明这三种并联机构的工作空间内部均无奇异,且具有良好的运动灵活性。