XY-3-RPS混联机器人设计和运动学仿真

为实现人工骨关节表面抛光的自动化,课题组充分利用串并联机构之间的机构特性优势互补的特点,设计了一种XY 3 RPS混联人工骨关节抛光机器人,该混联机器人具有5个自由度。笔者搜索了并联机构和混联机构的工作空间;对比分析了基于正逆运动学的支链位置变化曲线;在并联机构欧拉角表示法及运动学理论的基础上建立了混联机构运动学数学模型,并利用MATLAB及ADAMS进行仿真验证。结果表明机构正逆运动学曲线吻合,运动稳定。该混联机构完全满足抛光人工骨关节表面的运动及工作范围要求。     

食品检测咀嚼机器人工作空间研究

为了提高食品检测效率,改善食品检测精度,增加食品检测的客观性,文章介绍了一种基于6-UPS机构的咀嚼机器人,介绍了咀嚼机器人的结构原理,求解了机构的运动学逆解,分析了机构的工作空间影响因素,利用MATLAB编程求得机构在定姿态下的工作空间。空间轮廓图表明,该机构在定姿态下能到达人类全部真实咀嚼空间,机构设计可靠,能够模拟人类咀嚼行为对食品进行检测。     

升降装置多连杆机构设计

为实现升降装置升起时使其中的顶架杆达到期望位置，课题组提出了一种针对升降装置的多连杆机构。基于解析几何法对多连杆机构进行运动学描述；利用四连杆解析法对多连杆机构进行优化设计，建立了其顶架杆运动方程；在此基础上，依据MATLAB与SolidWorks，进行了运动学方程求解与建模仿真，将运动学方程求解与建模仿真进行对照。结果表明：该装置升起后，其顶架杆达到期望位置，验证了运动方程的正确性。多连杆机构解决了升降装置实现期望位置的问题。     

阀门喷涂机器人的轨迹规划与优化求解

为对特定阀门工件的外表自由曲面进行精确喷涂,提出以阀门外形尺寸和机器人本体结构为约束条件,对喷涂 机器人的工作空间进行了合理优化。利用MATLAB对多变量有约束非线性函数优化求解,得到了机器人主连杆杆长以 及相应的关节转角范围;对阀门进行了参数描述,并建立喷涂轨迹路径数学模型;通过基于ADAMS的虚拟样机建模、运 动仿真和MATLAB数值求解的相互协同和相互验证,得到了合理的关节角逆解。通过优化后的逆解进行仿真喷涂验证 了轨迹规划和优化求解方法的合理性。     

基于2UU UPU并联机构的4足机器人设计

针对串联4足机器人负载能力低及由误差累积导致的控制精度低的问题，课题组采用2UU UPU并联机构作为4足机器人大腿基本构型，并在动平台上添加一长杆作为小腿结构设计了新型4足机器人。首先基于修正的Kutabach Grübler公式计算单腿机构的自由度并进行验证；其次利用几何关系求解该结构的逆解表达式；然后基于结构的约束条件，借助MATLAB软件求得该并联机构的工作空间；接着在SolidWorks中建立4足机器人的三维模型；最后进行4足机器人的步态规划和仿真分析。结果表明：该机构工作空间大，运动平稳，控制方便，适合作为4足机器人腿部结构。该研究在工程上有一定的实用性。     

四轴机器人控制系统设计

针对四轴机器人运动控制问题,设计开发了一套基于雷赛运动控制器和触摸屏的具有人机交互功能的四轴机器人运动控制 系统。首先采用改良D H法建立了机器人的运动学模型,并对机器人进行运动学分析,求得了机器人的正逆运动学的解。然后分析划分了机器人控制系统的功能 ,在运动控制器上开发了相应的参数设置模块、状态监测模块、文件管理模块和运动控制模块,并在触摸屏上设计了人机交互界面。最后通过分析机器人在空间 的直线运动,设计了机器人直线插补算法,并在运动控制器上开发了相应的插补运动模块。经实验验证,控制系统能够有效地对四轴机器人进行运动控制,且运 动过程平稳可靠。控制系统解决了四轴机器人的运动控制问题。     

基于折纸机构的上肢外骨骼

为了进行上肢肌肉损伤类疾病康复，课题组设计了一种辅助运动与支撑的上肢外骨骼机器人。课题组基于刚性折纸的折叠特性设计出具有自锁特性的肘关节外骨骼，采用连杆机构设计肩关节外骨骼；运用D H法对上肢外骨骼进行运动学分析，得出肘关节折纸机构自锁时的折叠角度和肩关节末端的运动位姿；基于蒙特卡洛算法求解出肩关节外骨骼的运动空间并运用MATLAB将结果可视化。应用结果表明：该上肢外骨骼能有效减轻上肢肌肉在工作中受到的压力且不对上肢运动造成影响。该上肢外骨骼具有结构简单，轻便和易于折叠和自锁的特点，满足使用要求。     

基于遗传模糊算法爬壁机器人避障仿真研究

为解决爬壁机器人壁面作业过程中的避障问题,课题组提出了基于遗传算法优化的模糊控制算法。首先,建立了爬壁机器人在壁面的运动模型,求解出机器人运动学方程;利用平面栅格的方式进行描述机器人运动路径的规划;采用遗传算法对爬壁机器人模糊避障控制进行优化,并给出具体优化步骤。利用MATLAB进行仿真实验,仿真结果表明：与遗传算法进行比较,基于遗传算法优化的模糊控制在准确避开障碍物的前提下,能够更好地跟踪起点和目标点的连线,并规划出从起始点到目标点之间更短的路径。     

HP20机器人的运动学逆解计算及模拟仿真

根据Motoman HP20型机器人的结构特点,利用DH方法建立了其运动学方程,并推导出了运动学逆解。将所求得的运动学逆解编写成Matlab程序,计算了末端执行器在正弦曲线轨迹下各个关节角度变化曲线。建立HP20型机器人的多体动力学虚拟样机,将曲线导入驱动虚拟样机,得到模型的运动轨迹。通过对比,目标曲线与运动轨迹吻合良好,验证了运动学逆解及程序的正确性。研究结果为研究在特定工况下,机械臂的运动学、动力学及电机扭矩特性打下了基础。     

连续型内窥镜机器人弯曲模型

为了求解内窥镜连续型机器人在驱动下的理论弯曲曲线，课题组建立了以机器人变形单元为对象的弯曲模型。该模型将连续型机器人的整体弯曲问题分解成各段固定丝的变形问题，并以此进行了机器人的正/逆运动学建模；然后依次对驱动丝、固定丝和单节蛇骨之间进行了力学分析，并基于Cosserat杆理论推导出固定丝的弯曲模型，求解出相邻蛇骨间的弯曲角度，得到了机器人的整体弯曲；最后通过MATLAB定点迭代的方式求解了机器人在不同驱动力下的弯曲状态，与16关节样机试验进行了对比。结果表明：误差率最大为6.7%，最小为2.9%，说明了该理论模型的有效性。此模型为内窥镜连续型机器人弯曲求解提供了一种有效的方法。     

新型三自由度拟人并联机械臂及其位置分析

提出了一种新型三自由度拟人并联机械臂，该机械臂由3个直线电机控制，完成腕部的二维移动和一维转动。基于机械臂的结构几何关系，运用坐标变换方法，得出这种机械臂的逆、正解方程式，且是唯一的封闭解。在满足各机构约束的条件下，根据机械臂的逆解方程式，绘制了其工作空间轮廓图，为该机械臂的应用提供了理论基础。由于该机械臂的结构简单、工作空间大、装配方便等优点，因此在现在工业领域有着潜在的应用前景。     

新型二自由度移动并联机构设计

针对工业设备快速抓取物件的需求,基于并联机构具有的优点,提出了一种二自由度可快速移动的并联机构。 对该机构的运动学进行分析研究,创建该平面二自由度的运动学模型,利用勾股定理推算出该机构的正反解,继而得到 雅克比矩阵。最后利用杆件约束等条件得到该机构的工作空间。通过SolidWorks和MATLAB仿真软件求正反解验证了 设计的正确性。该并联机构的横向位移较大,满足设计要求。     

固定电机驱动的平面关节型机器人无参数运动学标定

针对传统平面关节型机器人（简称SCARA）运动臂质量大的缺点,设计一种固定电机驱动的SCARA。为提高其 精度用无参数化标定的方法进行运动学标定,根据D-H方法,在空间坐标转换的基础上建立了该SCARA的数学模型, 得到杆件间相对位置关系;通过外部测量设备测出末端执行器的位姿,利用运动学正逆解解出实际位姿与理论位姿之间 驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,得到补偿后的动平台位姿。通过计算机仿真表明该标定方法能极大提高末端执 行器的位置精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

基于RecurDyn的4旋翼摆臂式清洗机器人设计

针对爬壁机器人越障过程产生的控制复杂和过程运动不连续的问题,课题组通过引入柔性关节,在机器人本体上设计了摆臂越障机构及旋翼推力系统,并从运动学角度分析机器人攀爬障碍物时的运动机理,以及建立了机器人壁面攀爬的运动学模型,计算出机器人在不发生失效形式下,旋翼电机理论输出转矩,绘制了旋翼电机输出转矩和壁面角度变化的关系图,并利用RecurDyn软件对爬壁机器人越障过程进行运动学仿真,绘制出机器人重心高度的变化和时间关系图。结果表明：机器人旋翼推力机构的吸附性能良好,机器人能够平稳地在壁面完成爬行和越障。     

新型外科手术机器人(AOBO)的机构设计及运动学分析

为了提高外科手术机器人的工作空间和手术效率,缩小机器人的操作空间和结构尺寸,以适应针对不同病人的 工作特点和手术环境。研制了一种新型的7自由度外科手术机器人( AOBO),设计了每个关节的动力机构以及专用的 手术器械。肩关节机构处通过1个谐波减速器使得整体运动更加平稳,负载能力更大;大臂和小臂采用高强度低质量的 碳纤维材质制造减少了由于臂长给电机增加的负载,同时建立了其运动学方程,仿真了机器人的工作空间。实物测试实 验表明,该外科手术机器人具有合适的工作空间和很好的动作灵活性,能够满足外科手术对于机器人的准确定位和精确 操作的要求。     

三指灵巧手运动学与动力学仿真研究

仿照人类手指结构，设计出三指灵巧手的机械结构.灵巧手每个关节由电机驱动，手指结构接近于人手，每个手指具有4个自由度.进行单指运动学分析，得到坐标变换矩阵，通过Adams软件进行单指位姿和指尖位移仿真.通过对灵巧手的动力学分析，利用Adams软件对单指弯曲这一常见动作进行动力学仿真.仿真结果表明：灵巧手设计结构合理，有较大工作空间，动作灵活，可实现多种灵巧操作.     

一种新型虚轴机床的结构设计与位置分析

提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型虚拟轴机床的结构设计方案。该虚拟轴机床具有工作空间大、灵巧性好、位置与姿态解耦等优点。计算了主进给机构的自由度,给出了位置反解的方法,推导了位置正确的封闭方程,并给出了数值实例。     

二元经济结构下城乡居民收入差距与用电量差距的关联关系研究

在二元经济结构条件下,城乡公共服务差距是影响城乡居民收入差距的因素之一。本文选取城乡居民收入差距、生活用电量差距与反映二元经济结构特征的二元对比系数和二元反差指数四个变量,基于我国1986—2011年的数据和VAR模型,揭示了二元经济结构下城乡居民收入差距与生活用电量差距之间的关系。实证研究结果表明,四个变量间存在长期均衡关系;收入差距与生活用电量差距存在双向的Granger因果关系;生活用电量差距的缩小可抑制收入差距的扩大,且这种抑制作用具有滞后性。最后提出我国在制定电力普遍服务政策的目标与实施标准时,应将缩小城乡收入差距这一社会目标考虑在内。     

基于非线性偏最小二乘的操作臂逆解算法

操作臂逆运动学问题是机器人控制中的一项重要内容。目前使用较多的神经网络法大多为多输入多输出或者 多输入单输出方式,需要大量运算。非线性偏最小二乘法( NLPLS)建立的模型分为内部和外部模型,样本数据经外部模 型处理后才用于训练若干个单输入单输出的神经网络。对PUMA560操作臂的仿真试验表明,在相同隐层神经元数的情 况下,该算法比普通神经网络法具有更好的预测精度。这也表明,NLPLS只需较少的隐层神经元数就可以达到普通方法 的精度,从而减少运算量。     

四套色印花机上下杯机构的研制

基于CAD和Pro/E软件设计一套控制印花机上下杯机构的机械手机构。机械手由传动部件、机身、臂部、手部等组成,通过对机械手的动作、功能和建模分析,建立机械手的运动学和动力学方程,进行精确求解。利用液压传动,实现机械手的自动控制过程。