机械臂的运动精度对于完成精准的操作任务非常重要,而机械臂在使用过程中会由于磨损或维修等原因发生关节参数的变化而失去精度,因此需要再标定。传统的标定方法较为繁琐,依赖于对机械臂模型的建立和解算,且有可能因为关节扭角接近零度而无法收敛。对此对于常见的六自由度机械臂提出了基于粒子群智能优化算法的标定方法,通过测量机械臂多组关节位形及其对应的末端位姿,选取收敛效果最好的理论位姿误差作为适应度函数,编程实现了ABB IRB 120工业机器人关节参数的标定。标定结果表明,该方法虽然需要更长的运算时间,但简单有效、稳定性高,易于实现对长度参数和转角参数的分步标定,且对扭角为零不敏感,精度上也略优于传统方法,可用于不同构型工业机械臂的标定,具有良好的普适性。

针对串联机器人应用于恒力磨削加工行业存在刚度小、累计误差大、高速重载受限等问题,提出了一种由4组相同的UPS驱动支链和1个PPS约束支链构成的5自由度并联机器人(4-UPS/PPS),实现了机器人的两维平面移动和三维空间转动。通过D-H参数法分析了机器人X方向约束自由度,根据机器人运动学逆解方程确定动平台位姿与驱动分支间映射关系;建立了机器人工作空间约束方程及目标函数方程,解析刀具末端空间位姿,绘制空间散点图和三维图;利用Adams仿真软件,对比数值解与仿真解分析曲线可知,机器人驱动分支整体运行平稳且理论分析正确。为并联机器人实际运用于恒力磨削加工领域提供了理论与技术基础。

目前国内纤维缠绕机芯模装卸多由人工完成,为提高生产效率,减轻工人劳动量,以水处理缠绕罐为例设计自动搬运装置,以实现芯模的自动装卸。确定了搬运过程中机械臂经过的目标点及其位姿,并根据D-H参数在MATLAB Robotics Toolbox工具箱创建了机械臂运动学模型;在不同的工作空间运用五次多项式插值对机械臂进行运动轨迹仿真,最终得到满足水处理罐搬运过程中无冲击、运行平稳要求的运动规律。

为提高dVRK外科机器人控制系统的快速响应性和控制实时性,基于D-H参数模型建立dVRK七自由度机械臂的连杆模型。计算机械臂的齐次变换矩阵,为机械臂的实时控制提供参考。基于MATLAB/Simulink建立机械臂各关节的PID位置控制半实物仿真模型,实现机械臂末端的实时定点控制。结果表明:所提系统可实时准确地完成外科机器人机械臂的数据采集和相关控制算法的验证。

针对齐次变换矩阵法和旋量法在机械臂运动学建模中所具有的计算量大、实时性差等局限性,提出一种基于马达代数的机械臂运动学建模与分析方法。该方法通过以点、直线、平面实体作为变换基元,对机械臂末端效应器坐标系中表达的特定几何实体进行空间变换,求出末端效应器坐标系相对于基坐标系的马达代数变换量,从而推导出机械臂运动方程。同时将马达代数引入到机械臂逆运动学求解中,提出了一个求解逆运动学问题的有效方法——交会法。最后以5自由度机械臂为例,验证了新算法的正确性与精确性。