以挖掘机为研究对象,建立挖掘机工作装置运动学和动力学数学模型,通过五次多项式插值方法将运动轨迹离散,采用MATLAB编写离散运动轨迹程序并将其计算结果与ADAMS仿真结果进行对比,最终确定动力学模型参数;其次,建立基于动力学模型的Simulink和ADAMS联合仿真模型,在动态控制中采用PD控制方法,进行轨迹规划联合仿真并试验。结果表明基于动力学模型的运动轨迹控制方法可以有效避免始末位置和液压缸输出力变化的突变,采用动态控制中的PD控制方法,得到的收敛趋势相较于未优化的要收敛近50%;液压缸输出力变化稳定,其误差在5%附近,提升了自动挖掘运动轨迹控制精度。

铁钻工在运行过程中存在较大的负载扰动,且特定工况下需要实现力控制,控制精度达不到期望要求,容易造成管道损坏。对此,采用阻抗控制方法控制铁钻工的运动,研究液压缸的位移与力跟踪性能。通过建立铁钻工机构运动简图,并利用解析法求得正逆运动学方程。为了提高运动轨迹柔顺性,采用五次多项式插值方法对铁钻工进行运动轨迹规划。设计阻抗控制方法,内环通过PID控制器进行位置控制,外环控制力。通过AMESim和Simulink分别建立铁钻工动力学模型、液压系统模型及阻抗控制模型,通过联合仿真模拟铁钻工运行过程。结果表明铁钻工在未与环境接触工况下及环境接触工况下均具有良好的位置控制精度,与不采用阻抗控制器相比力跟踪精度提高了42.4%。

介绍了计算机控制光学表面成型（ＣＣＯＳ）技术的基本原理，对双旋转磨头的去除函数进行研究，研究了不同形状的磨头的去除函数特性，并在我次实验的基础上得到了最优的加工参数，在去除函数的基础上提出了模板函数的概念及算法。根据加工旋转对称非球面光学表面的特点，结合模板函数提出了一种基于同心圆磨头运动轨迹的控制算法。运用该算法Ⅲ号打靶非球面透镜的一种工艺试样进行自动加工，面型精度达到１λ，取得了满意的结果。

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法。构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划。搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线结合液压系统的各部分变量进行参数合理匹配与控制策略优化,从而进行了液压凿岩机器人机械臂轨迹规划验证。研究结果表明:五次多项式的规划方法能精确跟踪期望的关节运动轨迹,同时满足平稳运动和低耗能的要求。

为了满足脑卒中患者日常需求,更好地进行康复训练,设计一款可穿戴式的上肢康复机器人。通过SolidWorks结合人体上肢结构进行整机结构设计,运用MATALB建立起上肢康复机器人的数学模型并进行运动学分析,得出上肢康复机器人各个关节的旋转角度关系,再进行数据验证和可达空间位置分析。验证和分析结果可以满足患者的日常需求。基于五次多项式插值算法对上肢康复机器人进行“取杯子”任务的轨迹规划和模拟仿真,仿真结果满足设定要求,可为患者提供良好的康复训练。同时计算和仿真数据为康复机器人运动控制提供数据支持。

为解决工业机器人喷涂作业时传统人工示教方法耗时长、易出错和过于依赖人工的局限性,提出一种曲面喷涂轨迹规划方法。该方法将待加工曲面参数化到平面,在平面上生成偏置曲线,再将偏置曲线逆映射到三维曲面;根据网格模型测地线方法求出的偏置曲线长度和喷枪的喷涂张角信息,在偏置曲线上等比例生成等值线;以最小二乘B样条拟合曲线来平滑数据,并采用粒子群优化算法优化喷涂速度、喷枪高度、膜厚三者之间的关系,进而确定曲面喷涂轨迹。结果表明:该方法简单、实用,能够保证曲面喷涂轨迹的精确性、可行性。

多机器人系统与单机器人相比,具有工作效率更高、灵活性更好等特点,受到广泛关注。轨迹规划决定了机器人末端执行器的作业效率和运动性能。多机器人系统在工作空间大范围重叠情况下,每个机器人的协同轨迹规划的计算量非常大。从基本轨迹规划、最优轨迹规划及深度学习等方面,详细分析和综述了多机器人轨迹规划的各类方法,并对该领域的技术发展趋势进行了分析和展望,指明未来工作的研究方向。

运用Denavit-Hartenberg方法建立了以旋转关节关节角和移动关节移动分量为变量的基于雷塞系统的五轴焊接机器人运动学模型,对五轴焊接机器人正运动学和逆运动学问题进行了求解分析;采用抛物线过渡的线性插值法对焊接机器人进行了轨迹规划,通过MATLAB Robotics Toolbox工具箱对五轴焊接机器人进行了运动学仿真,得到了焊枪末端轨迹图以及关节角、角速度、角加速度与时间的变化曲线,验证了所设计参数的合理性,达到了良好的效果。

为提高焊接效率,改善焊接质量,对焊接机器人焊接工艺参数与空间轨迹进行联合规划,提出一种实时性高、可控性强、焊接误差小的轨迹规划方法。通过在执行器末端增加虚拟关节,建立合适的虚拟关节模型,并将焊接工艺参数用虚拟关节的关节变量表示,在机器人关节空间进行轨迹规划,使得焊接工艺参数的控制更加直观、便捷。利用虚拟关节模型结合B样条曲线仿射不变的特性,通过控制真实关节的运动曲线,来对焊接工艺参数进行间接控制。以求解最优时间解为目标,进行焊接工艺参数与关节空间轨迹的联合规划。采用ABB Robotstudio工具软件进行仿真,编写焊接机器人作业程序,以平面直线型焊缝为例进行试焊,结果显示该方法是可行的,有效的。

数控选区电化学沉积快速成型是将快速成型技术与电化学沉积技术相结合的一种新型快速成型方法。为保证数控选区电化学沉积快速成型的零件精度,提出了一种基于电化学沉积技术的快速成型工艺的路径生成算法。结合该成型工艺的特点,分析了快速成型领域常用的几种扫描方式,轨迹规划方案分为STL切片处理、轮廓偏置、轮廓填充、数控加工代码生成四个过程,提出了平行交错往复间隙填充法。实验表明该轨迹规划能够达到选区电化学沉积快速成型的要求,制造出高精度、高表明光洁度的零件。