针对煤矿工作环境的复杂性和不确定性,提出一种新型6自由度液压驱动串联机械臂,使其具备结构轻量化、控制精准化、操作简易化等特点。首先,以6自由度串联机械臂为研究对象,建立其运动学模型,推导运动学正、逆解;其次,利用极值理论和蒙特卡洛算法求解末端夹爪的工作空间,证明所设计的串联机械臂有效性;最后,选取机械臂运行的典型轨迹,使用不同的插值策略对机械臂运行的角度、角速度和角加速度进行对比分析。结果表明6自由度液压驱动机械臂末端夹爪在五次多项式插值策略下运行平稳且连续,没有出现突变现象,可减小整机运行的柔性冲击,提升整机的使用寿命。

设计了一种基于R+(3-CPR)+U混联机构的四足机器人。运用螺旋理论求解R+(3-CPR)+U混联机构的自由度;采用RPY坐标变换求解了该机构的位置逆解,通过三维动态法求解了该机构的工作空间。对四足机器人的稳定性进行了研究,推导出足端尺寸与稳定裕度、最大纵向步距和最大横向步距之间的关系;设计了一种复合足端轨迹,通过SolidWorks软件验证了该足端轨迹的可行性。研究结果表明,该四足机器人运动过程中,能保证足端底面与地面平行接触,提高了机器人在农田等松软地面的通过性。

体能训练机器人操作臂的力方向可操作度直接影响着运动轨迹规划精度。基于此,研究了体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划方法,分析体能训练机器人操作臂的力方向可操作度,利用多维支持向量机代替高斯混合模型,在李雅普洛夫第二方法的基础上确定稳定性约束条件,构建基于支持向量机的轨迹规划模型,实现体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划。实验结果表明,所提方法的角位移更小、噪声识别值和超参数更高,验证了所提方法轨迹规划弹性规划能力较好且轨迹规划精度较高。

随着我国脑卒中患者数量不断增加,机器人技术在脑卒中患者康复训练中将被大面积运用,而康复机器人的轨迹规划能力将直接影响其使用性能和实践应用,针对此问题,以一种串并混联上肢康复机器人为研究对象,使用向量法对该康复机器人进行了逆运动学分析,提出了一种基于五次B样条曲线的规划算法对该康复机器人进行了轨迹规划,使用Matlab仿真了复杂三维康复运动曲线,并在自主研发的上肢康复机器人实验平台上进行了多种类型康复轨迹实验,实现了新型串并混联上肢康复机器人康复轨迹的个性化。结果表明,根据治疗师输入的康复点位序列,可以快速生成光滑、平顺的康复轨迹,并且在实验平台上准确执行,验证了轨迹规划算法的正确性、可行性。

为了实现对叶片的自动化抛磨加工,提高抛磨质量,提出了一种面向叶片的机器人抛磨轨迹生成方法。该方法在传统的分层切片算法的基础上改进了交点追踪方式,使生成的轨迹更加完善,效果更好。通过CAD/CAM技术对叶片进行建模,生成叶片的三角网格模型。对该模型进行分层切片处理,得到抛磨运动轨迹。在此基础上,确定机器人抛磨姿态并进行运动学逆向求解,得出机器人各关节运动转角。仿真与实验结果表明,该抛磨轨迹规划方法,可以有效提高叶片工件表面加工质量。

为研究ER50机器人的轨迹规划,首先根据D-H参数法对机器人正、逆运动学进行了求解,得到了机器人关节变量与末端位姿的关系。然后在MATLAB Robotics工具箱中建立了机器人的仿真模型,通过对机器人进行正、逆运动学仿真验证了模型的正确性。最后使用五次多项式插值法结合MATLAB Robotics工具箱对ER50机器人进行了空间任意点到点的轨迹规划仿真,得到了平滑连续的轨迹曲线。仿真结果表明机器人轨迹规划合理且各关节运动性能良好,为进一步研究ER系列机器人提供了参考依据。

针对四足机器人串联腿部机构承载能力较低、并联机构足端可达工作区域较小的问题,提出一种基于五杆闭链机构四足机器人腿部构型,建立其运动学模型,在此基础上对其承载性能以及灵巧性分析,通过基于达朗贝尔原理的动态静力法进行机构动力分析,并与串联机构对比,验证该机构的低能耗与大承载能力,通过对机构灵巧性的分析,确定其速度传递性较好的工作范围,采用改进后的复合摆线法对单腿足端轨迹进行规划,选取最佳初始姿态使得足端轨迹包含在灵巧性较高的区域,最后建立单腿机构虚拟样机并搭建单腿机构的实物平台,通过单腿轨迹仿真与实验,验证了此腿部机构设计的可行性以及轨迹规划的有效性。

提出了一种新型的7自由度手臂，3-RRR作为肩关节，两自由度球面机构矿作为U^r关节和腕关节，设计紧凑，可以提高承载力和灵活性。对手臂的运动学反解进行了分析，推导出拟人手臂的位置反解计算公式。利用虚拟样机技术对手臂期望轨迹进行了规划，得到驱动电机的转角运动轨迹。最后通过规划结果验证反解的正确性。

针对Delta并联机械手对目标物体的拾放任务,基于MATLAB图像处理技术获取目标物体的中心坐标,并在直角坐标空间中进行机械手的五次多项式轨迹规划,得到末端运动平台的运动轨迹。建立Simulink/Simmechanics联合仿真系统,采用Simulink完成多项式轨迹规划并得出驱动臂的实时目标角度,传递给Simmechanics模拟机械手的连续轨迹运动,得到机械手的动力学参数。运用MATLAB/GUI设计仿真平台,集成图像处理和机械手运动仿真并实现不同插件之间数据的传递。最后通过运动仿真实例验证了仿真平台的有效性,对机械手驱动电机选型和智能化控制研究有较大价值。

凭借SolidWorks软件对工业机器人进行结构设计，建立三维模型，并对机器人的重要组成部分进行研究。工作空间是衡量机器人工作性能的重要指标，因此利用MATLAB对研究的工业机器人进行工作空间仿真。最后，对关节空间下的轨迹规划进行研究与仿真。