针对井下液压支架姿态不合理导致的支护效果降低甚至失效的问题,以两立柱掩护式液压支架为研究对象,分析了不同姿态下的数据参数变量,将数据参数变量作为监测要素对姿态监测系统方案进行了设计,重点分析了系统结构的组成与核心设备的选型,实现了液压支架姿态参数的实时显示与数据共享功能,提升了井下液压支架支护的稳定性和安全性.

针对我国目前采棉机摘锭需求量大,摘锭钩齿群加工效率低精度差等问题,通过对摘锭加工工艺分析,提出钩齿群快速成型机理,建立钩齿群快速成型刀具模型、机床结构模型和机床运动学模型。由摘锭几何尺寸及摘锭相对世界坐标系的位置确定刀具的加工姿态,并根据机床模型的三自由度可变轴坐标变换矩阵与刀具成型的姿态矩阵相等的关系求出三自由度可变轴旋转角度θ1,θ2,θ3。通过Robotic Toolbox验证了机床三自由度可变轴运动学模型的正确性,并采用NX10.0运动仿真验证了钩齿群成型方法的可行性,为后续研究奠定理论基础。

传统6轴机器人的逆运动学求解需要位置信息和姿态信息,针对物体姿态识别困难和不确定性大的问题,提出了一种根据物体位置信息的6轴机器人姿态求解算法。基于机器人灵活性的概念,建立机器人第5轴的服务球模型,离散化机器人末端位置点,得到服务球面上的一系列离散点。在机器人共形几何的基础上,研究离散点与机器人关节角的映射关系,得出机器人在某一空间位置点的姿态集合。根据机器人奇异性、关节避限和关节连续性的综合准则,从姿态集合中选取一组最佳的机器人姿态。在笛卡尔坐标系下进行不同位置点的插补,通过求解不同插补点的姿态,实现机器人不同位置点间的连续运动。结果表明,根据物体的三维坐标信息,可以完成6轴机器人的逆运动学计算,并且计算速度快、准确性高,简化了物体的姿态识别过程,提高了机器人连续作业的效率。

某试验吊舱在载机机腹挂装需配备专用挂装车,专用挂装车需在高度空间严重受限的前提下实现对吊舱的挂装,同时还能够对吊舱的左右、俯仰姿态进行微调,从而保证吊舱能够顺利与载机挂装平台对接。根据用户要求,需要充分考虑设计结构的实用性及经济性。针对吊舱挂装的具体要求,从实用性及经济性的角度出发,通过合理的结构设计,在现有的某型成熟装弹车平台基础上制定出一个经济实用的微调机构设计解决方案。经过对该机构的功能验证表明,该方案经济、合理地实现了某试验吊舱挂装时的左右、俯仰姿态的调节功能。

针对振动式打桩机操作人员视野受阻、桩体姿态监测困难、无法实时监控桩机运行工况等问题,提出一种基于数字孪生技术的桩机姿态与工况监测系统。建立反映当前状态的桩体姿态偏摆预警模型,通过分析预警模型实现对桩体偏摆预警并做出调整提示。同时监测系统还包括桩机工况监测模块、桩体姿态监测模块与虚拟模型驱动模块,实现对桩机运行数据的实时采集与传输,并建立三维动态界面,解决了传统沉桩视野受阻难题,提高了桩机的沉桩精度与工作效率。

针对测量系统运动中姿态测量的需求,提出了一种利用移相干涉技术测量角度的方法来实现运动姿态的准确测量。建立了由组合式移相干涉仪为主的三轴转角实验装置,该装置测量角度的分辨力优于0.006″。采用实验装置对微位移工作台运动过程中的姿态变化进行了测量,得到了工作台移动中绕三轴转角变化的测量结果,并利用激光小角度干涉仪进行了相关测量点的对比实验,数据最大偏差0.03″。实验结果验证了利用移相干涉测角法可以实现运动中姿态的精确测量。

为解决关节臂式三坐标测量机测量精度低的致命弊端,在三坐标测量系统中采用Revo测头.经分析系统的结构特点,确定了转动关节与测杆姿态的几何关系并构造测量时的接近矢量,实现测杆姿态的控制.在此基础上,提出一种基于初始姿态的自适应测量算法,根据数据点的坐标,求得测杆姿态最小变化量,结合位置方程求得该姿态下的位置反解.实验表明：该算法可实现测头姿态的精确控制和位置反解的计算,为具有Revo测头高自由度关节臂式三坐标测量系统的发展和运动学问题的深入研究奠定了理论基础.

针对天平校准中的天平位置姿态的确定提出了一种非接触式测量法.该方法利用了ccd激光二维定位图象传感器或者是PSD光电位置传感器等二维测量装置组成三维位姿检测系统,解决了空间的三维测量问题,可以高速准确地确定天平被测物的6个自由度参数,获得天平位姿变换矩阵,从而确定其在空间的位置和姿态.本方法将运动过程分解为平动和转动,通过对空间直线矢量方程的计算,得到空间物体的位姿变换矩阵,数学建模准确,测量快速可靠,最终精度达到10 μm.

在装配作业中,最典型且最广泛的工作模式是轴孔类零件的精密装配,为提高生产效率,缩短装配周期,适应现代化大批量生产的需,国内外公司都在推广使用由装配机器人构成的自动化装配系统。装配方向也由手工化、刚性化向自动化、柔性化方向发展。某型产品由于工艺上的求,需采用水平装配的方式在保证质量的前提下提高效率。在国内,水平装配由于其装配过程扰动多,相关研究少,成为一大技术难题。本项研究做了一个缩比实验,分析了位置、姿态、速度等对装配效果的影响,为轴孔水平装配的顺利进行提供了理论基础和数据支持。

机械手空间轨迹和姿态的规划常采用插补计算完成,提出了一种以参数方程式表达的空间圆曲线为基础,通过离散计算空间圆曲线伏雷内标架,获取机械手末端工具在空间圆曲线离散点姿态,反解出卡尔丹角,并在Matlab进行拟合的方法,实现空间曲线轨迹和姿态规划。以川崎BA006N型6自由度机械手本体机构参数为依据,在Adams软件中构建机械手仿真平台,以空间圆参数方程和拟合后卡尔丹角参数方程为驱动函数,仿真分析表明,机械手末端工具能准确地跟踪空间圆曲线轨迹和姿态,从而利用Adams分别提取机械手6个关节的角位移、角速度、角加速度和力矩。该方法不仅避免了逆运动学计算,也为控制系统设计和其他空间曲线和曲面轨迹和姿态的规划提供了一种新方法。