赵才军[1]2002年在《机器人工作空间及关节运动可靠性规划》文中研究说明本文就工程实际中常见的机器人结构，分析了机器人工作空间的特征。并根据机器人关节驱动原理，结合各种常用传动装置，应用统计和概率分析的方法，综合分析了实际机器人机构各种误差的数值特征。在此基础上，根据系统动作可靠度的定义，针对机器人系统动作的特点，提出了机器人动作可靠性的评价模型，给出了机器人动作可靠度的计算方法。 本文中，用机器人在其工作空间运动目标的操作频度分布描述工作对象一段时间内在工作空间内的物理分布。以操作频度分布作为其运动学规划的特征参量，并以机器人动作可靠度作为机器人系统性能的一个评价指标，就工作对象在各种不同操作频度分布下，分析计算了机器人在其工作空间内的动作可靠度，据此对机器人在工作空间内的运动及其工作对象的物理分布进行规划。
段齐骏[2]2004年在《机器人工作空间配置的可靠性规划》文中研究表明机器人工作空间是机器人运行控制的一个重要指标。本文依据动作可靠性的基本概念 ,结合机器人动作可靠性评价的基本要求 ,建立了机器人运动误差分析模型。基于针对机器人工作空间配置的数学描述 ,给出了机器人工作空间配置的可靠性评价方法与规划策略。运用一个 4自由度机器人工作空间规划分析的实例说明 ,机器人工作空间配置的可靠性规划 ,是全面完善系统性能的一个有效途径。
菅奕颖[3]2015年在《6-DOF工业机器人的工作空间与灵巧性分析及其应用》文中研究表明大力发展工业机器人产业是目前我国制造业转型的关键。然而,与发达国家相比,我国六关节轴(6-DOF)工业机器人占比不足6%且多应用于精度所需不高的场合。工作空间与灵巧性是工业机器人运动学的重要指标,也是对工业机器人进行控制的基础。尚未见到针对常见6-DOF工业机器人工作空间与灵巧性分析及其应用开展的系统、通用的研究。本文针对叁款有代表性的6-DOF工业机器人,对其工作空间与灵巧性的分析及其应用开展系统研究,并且研究的方法可应用于任意6-DOF工业机器人上。首先,对IRB6650S、UR5、Stanford这叁款有代表性且构形不同的工业机器人,采用D-H建模方法,建立了正运动学模型;采用Newton Laphson迭代法为6-DOF工业机器人建立了通用的逆运动学模型。其次,用MATLAB编程实现了基于蒙特卡罗算法的工作空间分析与基于服务球理论的灵活度、灵活工作空间和灵活姿态空间的分析。以工作空间与灵巧性为指标,对比评价了不同构形与尺寸参数对工业机器人运动学的影响。再次,建立了GUI图形化界面。在工程实践中,只需在图形化界面输入任何6-DOF工业机器人的所需参数,即可得到相应的工作空间与灵活工作空间、灵活姿态空间,方便现场工程技术人员分析。最后,以工作空间与灵巧性为约束条件,采用遗传算法,对不同构形的6-DOF工业机器人进行构形优化设计,对相同构形的机器人进行尺寸参数优化设计。
薛晗[4]2009年在《不确定规划的群体智能计算》文中研究表明随着现代科技的发展,现有的确定论方法在许多的研究领域遇到了无法克服的困难,传统的经典数学规划模型不能处理所有的决策问题。不确定规划是不确定环境下的优化理论与方法,为随机、模糊、粗糙以及多重不确定环境下的优化问题提供统一的理论基础。不确定规划的理论研究已成了十分热门的课题,在电子技术、通讯、自动控制、光学、生物学等许多领域中具有巨大的应用潜力及发展前景。鉴于不确定规划模型的复杂性,为适应大规模不确定规划问题的求解需要,有必要在算法设计方面作进一步的改善或进行新的尝试,例如设计有效和强大的新型群体智能算法。群体智能算法中许多简单个体通过交互合作产生复杂的智能行为。群体智能技术具有重大意义和广阔前景,其发展和应用领域的不断扩大,为更加复杂的决策系统中的不确定规划提供了丰富的求解算法。本文完善和充实了群体智能理论及其在不确定规划中的应用研究,设计了新型群体智能算法来求解不确定规划模型,并运用于空间机器人随机故障容错规划。论文的主要研究工作和成果体现在:(1)对群体智能算法的统一框架、收敛性、鲁棒性、生存分析等方面理论做了证明和分析。对群体智能算法统一框架的协作、自适应和竞争这叁个基本环节进行数学化描述与解释;分别基于Markov链和基于图论两种方法证明群体智能算法的收敛性;分析群体智能算法的鲁棒性与灵敏度,把参数摄动作为特殊输入量以考虑参数摄动对算法性能的影响,采用统计学测度为比较不同策略提供均值和方差;首次将多元生存分析引入进化算法,为算法收敛过程建立了带伴随变量的参数生存模型,进行Kaplan-Meier生存分析计算期望生存时间和生存函数曲线,求解COX比例危险率回归模型,运用了数据统计分析软件SPSS分析了参数选择对早熟收敛的影响。(2)设计了多种新型群体智能算法。借鉴人类社会学活动原理,提出了基于班级选举的动态递阶差分进化算法,根据班级选举这一社会行为模式,将差分进化算法分为组内选举、选举班长和小组重建叁个阶段,引入多阶性和动态可变拓扑策略;根据病毒进化理论采用纵向和横向两层结构,将主群体的全局进化和病毒群体的局部进化动态结合,提出病毒感染差分进化算法;引入多元生存分析,设计了一种生存模糊自适应的蚁群算法,将生存模型、模糊控制与蚁群算法相结合,实现对种群规模的模糊自适应调控。(3)不确定规划的假设检验群体智能计算。对于含不确定参数的不确定规划问题,在群体智能算法中引入假设检验在统计意义下进行有效的性能评估和比较,进而提高种群的整体质量并保证种群的分散性。对差分进化算法进行多级嵌套,提出基于班级选举的动态递阶差分进化算法。以不确定环境下具有多极小值的典型Benchmark函数优化问题为实例,验证了算法在不同的噪声强度因子、设计变量维度和小组规模下,都具有较好的搜索性能和鲁棒性。(4)双重不确定规划的鲁棒群体智能计算。描述了模糊相关机会规划模型和随机模糊机会约束规划模型;设计了一种基于模糊模拟的蚁群优化算法,证明了该算法的收敛性,并估算期望收敛时间以分析该算法的收敛速度;提出了基于随机模糊模拟的病毒感染差分进化算法,分析了其收敛性;从不确定环境、参数敏感度、初值无关性、置信水平、抗噪声干扰等五个测度,分析讨论该算法处理不确定双重规划的鲁棒性。(5)空间机器人随机故障容错轨迹规划。分析了两自由度和六自由度空间机器人的系统不确定性,基于微分变换法,分析关节参数如杆长与关节角度的误差对轨迹精度的影响;建立了6自由度空间机器人故障容错轨迹规划的随机数学模型,以加权最小驱动力矩为优化性能指标,涉及故障前后运动学与动力学约束限制;用生存自适应的蚁群算法求解故障前后的最优轨迹,保证机械臂在发生故障后能够继续完成后续的操作任务,并应用机械系统动力学分析软件和虚拟样机分析开发工具ADAMS,联合仿真验证。综上所述,本文为不确定规划提出了群体智能计算的理论与方法,具有科学性和有效性,不仅在理论上值得深入研究,而且还具有较好的工程应用价值。
谭跃刚[5]2005年在《基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究》文中指出随着机器人技术的发展和广泛的应用,对机器人的精细作业和在各种环境下的灵活控制的要求越来越高,使得机器人机械本体的复杂性与运动控制的有效性显得越来越突出。在机器人控制技术迅速发展的今天,人们更加清楚地认识到:机器人的机械本体必须与控制系统紧密地结合为一个整体才能充分发挥出应有的性能和功能。因此,积极主动地探索机器人机构学与控制理论的融合具有重要的意义。 本学位论文在中国科学院机器人学重点实验室的支持下,为探索和研究非完整系统理论与非线性控制原理的融合方式,以建立非完整欠驱动机械手及其运动控制方法为目标,进行了大量的调研和研究工作,并在已有非完整控制系统研究成果和全面分析国内外非完整机器人系统研究现状的基础上,对非完整机械手及其关键技术进行了深入地研究和开发。 非完整系统具有许多的特点,在对非完整系统进行全面深入分析研究的基础上,结合非完整链式系统的转换关系,分析证明了可变换为链式系统的机械系统是可控非完整系统。由此,基于圆盘在平面上滚动的非完整性,提出了一种可控的新型非完整运动传递机构——摩擦圆盘运动分解合成机构,该运动传递机构通过转盘与圆盘相对位形的改变,可有效实现运动传动比的连续控制,其传动比的变化遵循叁角函数的关系。 利用建立的可控非完整运动传递机构与非完整运动规划原理的结合,提出了二种新型可控的非完整欠驱动机械手——开链式非完整机械手和并链式非完整机械手,并给出了这二种机械手的理论设计,分析研究了它们的非完整性、运动特性,证明了在输入控制数小于其位形空间维数的情况下的运动可控性,并给出了将其转换为链式系统的条件和方法。 基于链式系统的时间多项式输入控制和叁角函数输入控制的方法,给出了非完整机械手的运动规划算法,并分析研究了基于这二种输入控制作用下的运动特性,揭示了开链式非完整机械手和并联式非完整机械手的控制特点和运动的不同性质。
梁笑[6]2014年在《叁杆四足攀爬机器人的研究和设计》文中认为攀爬机器人是国内外机器人领域的研究热点之一,是一种具有广泛应用前景的特种机器人。随着我国电力系统水平的不断提高,对于输电铁塔的攀爬移动机器人的研究逐渐得到专家和学者们的重视,它能够代替电力工人到铁塔的各个危险环境中去攀爬,利用携带的作业工具检测出周围环境的损坏和缺陷。本文基于国内外攀爬机器人的研究现状和发展趋势,通过分析机器人工作的攀爬环境,提出了一种叁杆四足攀爬机器人,并且根据该方案对机器入主体结构进行了设计和运动学分析。本文根据输电铁塔攀爬环境对机器人的机械主体结构进行了逐步的设计和优化,基于仿生学原理,确定了一种仿尺蠖攀爬移动方案,并对该攀爬机器人根据不同攀爬环境进行了步态的规划以保证机器人对攀爬路况的适应性及在攀爬过程中的稳定性。其次根据此方案对该攀爬机器人进行了具体结构的设计,通过对其工作原理分析,确定机器人由相互串联的叁个连杆及两个双轴复合转动关节和两个叁轴复合转动关节组成,每个转动关节上都装有夹持器,构成叁杆四足攀爬机器人,利用CATIA软件对所设计的结构进行叁维建模。根据所设计的机器人结构对机器人运动过程中各个连杆的受力情况进行了分析；建立攀爬机器人的参考坐标系模型,通过齐次坐标变换求解机器人的运动学方程,最后运用MATLAB软件进行求解机器人的工作空间。
费晓光[7]2009年在《串联机器人位姿误差的综合分析》文中指出精度是衡量机器人性能的一个重要指标,因此无论在理论上还是在实验当中都受到了国内外学者的广泛关注。目前,广泛应用的机器人数学模型都是刚体的,各运动副之间没有间隙。实际上在机器人加工装配过程中不可避免要产生误差,机器人运行过程中的磨损也会使运动副间产生间隙。而且实际构件都具有弹性,高速时在惯性力、重力和外力作用下产生弹性变形和振动等。总之,在这些因素的影响下,机器人的实际模型与理想模型将产生偏差。本文用MATLAB计算6自由度机器人的位置误差。考虑了转动关节的误差,杆件长度的误差等一些其他因素对串联机器人位置的影响。这种方法比较简单明了,避免了以往算法中出现的大量微分运算。机器人杆件的振动对机器人的位姿也产生影响,振动对连杆产生了弹性位移。本文利用了动力学方程计算了考虑材料阻尼的时候,由振动所产生的弹性位移对机器人末端位置的影响。用UG建模6自由度串联机器人,输出为parasolid文件,然后用ADAMS软件将其导入,进行运动学仿真。一种状态是在串联机器人的刚性状态下,这种状态是理想状态,串联机器人的末端执行器在指令下达到的指定的位置和姿态,另一种状态就是考虑机器人的柔性状态,这种状况考虑了机器人的肩,臂,腕等,及其转动关节在重力的作用下,弯矩对串联机器人的位姿影响。机器人精度研究的传统方法多局限于研究单个因素(或很少几种因素)对机器人末端执行器位姿的影响,而实际上机器人末端执行器的位姿精度是多种因素综合作用的结果。机器人的自重,关节部件等一些对误差,在实际中不能被忽略,应加以重视,这些都对机器人的位姿精度都有很大的影响。本文对机器人的位姿精度的控制与补偿进行了研究,在控制方面,本文用了MATLAB求解后的数据库,调用其里面的数据来对串联机器人轨迹进行控制。在补偿方面,本文又用了ADAMS仿真系统对串联机器人进行了实时误差补偿。
李文皓, 张珩, 马欢, 肖歆昕[8]2017年在《大时延环境下空间机器人的可靠遥操作策略》文中研究指明在分析大时延环境下遥操作特点的基础上,从使用可靠性角度提出一种可靠遥操作的多层策略集。将各可靠遥操作策略分解在数据层、算法层、操作层、策略层以及系统层并分别展开说明,涵盖了大时延环境下的数据交互、空间机器人关节指令序列的嵌套位置/速度规划、操作员与遥操作系统交互、遥操作任务运行流程与应急和遥操作系统监测/在线维护等方面的策略。此外,对可靠遥操作中尚待解决的动作反演、操作引导和共享遥操作技术进行了分析和展望。开展了某不确定大时延环境下的空间机器人遥操作试验,试验的数据分析结果说明不同层次的遥操作可靠性性策略均十分必要,以操作员为对象的可靠性提升策略和设计方法是可靠遥操作技术发展的重要方向。
孙海[9]2008年在《宇航机器人动力学建模研究》文中研究指明随着人类宇航发展的脚步,用机器人代替人类维修和探查等活动是必要的。在宇航机器人建模中,由于轻质机械臂的采用,加上对其精度的要求,必须要考虑机械臂的柔性效应。本文研究了宇航机器人的动力学建模,首先对机器人通过拉格朗日方法进行多刚体建模,为机器人的控制与动力学设置提供了依据。然后考虑到机械臂的柔性,通过Kane运动学方法建模,结合模态分析和运动控制来研究宇航机器人的柔性多体机械臂在运行中的动态响应,对多体系统可靠性做了初步的规划研究。1.对机器人分划为机械体与机械臂连接的模型,通过拉格朗日方法对其进行多刚体建模,初步对其运动与动力学分析提供了模型。2.考虑机械臂的柔性,通过Kane方法的分析,将宇航机器人模型归纳为机械体与柔性机械臂连接的模型,在弹性小变形的情况下,对单机械臂的动力学进行分析,计算了基本的运动学参量,进而用Kane方程建立了考虑臂柔性的机械臂的动力学模型。3.根据现有的柔性机械臂数据,对其加载,并用模态分析的方法分别研究了各个单个机械臂的动力学响应。4.对航空多体系统的运动可靠性做了初步的规划研究,通过对其在各个阶段的可靠性简单分类研究,为以后的航空动力系统运动规划可靠性研究打下基础。
蒋昊俣[10]2016年在《液态玻璃挑料机械手关键部件的设计研究》文中研究指明随着工业产业的不断发展,机械手开始出现在工业的各个领域,因此,工业机械手的研究和设计成为机械方向研究的热门课题。本课题以液态玻璃挑料机械手为研究对象,设计了一种五自由度机械手,利用虚拟样机技术对机械手的机械部分进行了虚拟设计和仿真试验,通过物理样机试验与仿真试验结果对比,表明所设计的五自由度机械手能够满足液态玻璃挑料的作业要求。首先根据液态玻璃挑料机械手的作业要求,提出了五自由度机械手的理论模型,并对机械手的腰关节、肩关节、肘关节、腕关节和传动机构进行了设计,并用UG软件建立了该机械手的虚拟样机模型。利用D-H法对机械手进行运动学分析,确定了末端执行器位姿符合设计要求;然后运用ADAMS软件对该机构进行运动学仿真,并用ANSYS软件对机械手的关键部件大臂和小臂进行力学分析和模态分析,仿真结果表明机械手结构的强度和刚度符合工作要求。通过物理样机试制和试验验证,结果表明所设计的五自由度玻璃挑料机械手结构合理、工作可靠,为将来液态玻璃挑料机械手的设计制造奠定基础。
参考文献：
[1]. 机器人工作空间及关节运动可靠性规划[D]. 赵才军. 南京理工大学. 2002
[2]. 机器人工作空间配置的可靠性规划[J]. 段齐骏. 机械科学与技术. 2004
[3]. 6-DOF工业机器人的工作空间与灵巧性分析及其应用[D]. 菅奕颖. 华中科技大学. 2015
[4]. 不确定规划的群体智能计算[D]. 薛晗. 国防科学技术大学. 2009
[5]. 基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D]. 谭跃刚. 武汉理工大学. 2005
[6]. 叁杆四足攀爬机器人的研究和设计[D]. 梁笑. 东北大学. 2014
[7]. 串联机器人位姿误差的综合分析[D]. 费晓光. 东北大学. 2009
[8]. 大时延环境下空间机器人的可靠遥操作策略[J]. 李文皓, 张珩, 马欢, 肖歆昕. 机械工程学报. 2017
[9]. 宇航机器人动力学建模研究[D]. 孙海. 哈尔滨工程大学. 2008
[10]. 液态玻璃挑料机械手关键部件的设计研究[D]. 蒋昊俣. 黑龙江八一农垦大学. 2016
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