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五自由度機器人創(chuàng)新之處 五自由度機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計篇一

①

彭蘭（蘭朋）②，魯南立,，孫立寧，丁傾永

(機械電子工程學(xué)院,，哈爾濱理工學(xué)院,，哈爾濱 150001，中國)(robotics institute,。harbin institute of technology,，harbin 150001，p,。r,。china)

摘要

介紹了一種動態(tài)優(yōu)化三自由度高速、高精度相結(jié)合,，直接驅(qū)動臂平面并聯(lián)機構(gòu)和線性驅(qū)動器,，它可以提高其剛度進行了動力學(xué)分析軟件adams仿真模擬環(huán)境中，進行仿真模擬實驗.設(shè)計調(diào)查是由參數(shù)分析工具完成處理的,，分析了設(shè)計變量的近似的敏感性,，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對位置的線性驅(qū)動器上的性能.在適當(dāng)?shù)姆绞较拢Ｐ涂梢垣@得一個輕量級動態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù),。一個平面并聯(lián)機構(gòu)不同截面是用來改進機械手的.結(jié)果發(fā)生明顯的改進后的系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析和另一個未精制一個幾乎是幾乎相等.但剛度的改進的質(zhì)量大大降低,，說明這種方法更為有效的。

關(guān)鍵詞: 機械手,、adams,、優(yōu)化,、動力學(xué)仿真

0 簡介

并聯(lián)結(jié)構(gòu)機械手（pkm）是一個很有前途的機器操作和裝配的電子裝置，因為他們有一些明顯的優(yōu)勢,，例如：串行機械手的高負荷承載能力，良好的動態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點等.一種新型復(fù)合3一dof臂的優(yōu)點和串行機械手,，也是并聯(lián)機構(gòu)為研究對象,，三自由度并聯(lián)機器人是少自由度并聯(lián)機器人的重要類型。三自由度并聯(lián)機器人由于結(jié)構(gòu)簡單,，控制相對容易,，價格便宜等優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用前景,。但由于它們比六自由度并聯(lián)機器人更復(fù)雜的運動特性,，增加了這類機構(gòu)型綜合的難度，因此對三自由度并聯(lián)機器人進行型綜合具有理論意義和實際價值,。本文利用螺旋理論對三自由度并聯(lián)機器人進行型綜合,，以總結(jié)某些規(guī)律，進一步豐富型綜合理論,，并為新機型的選型提供理論依據(jù),，以下對其進行闡述。

如圖-1所示 機械手組成的平面并聯(lián)機構(gòu)(ppm)包括平行四邊形結(jié)構(gòu)和線性驅(qū)動器安裝在ppm.兩直接驅(qū)動電機c整合交流電高分辨率編碼器的一部分作為驅(qū)動平面并聯(lián)機械裝置.線型致動器驅(qū)動的聲音線圈發(fā)動機.這被認(rèn)為是理想的驅(qū)動短行程的一部分.作為一個非換直接驅(qū)動類,，音圈電機可以提供高位置敏感和完美的力量與中風(fēng)的角色,，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復(fù)性。

另一方面,，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行機械手,，因為它的特點和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時,，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學(xué)彈性,、齒輪、軸承,、被撕咬支持,，連接軸和其他零件，包括古典驅(qū)動設(shè)備,，因此該機械手是更容易得到動力學(xué)性能好,、精度高。

圖-1 3自由度的混合結(jié)構(gòu)的機械手

當(dāng)長度的各個環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機時,，構(gòu)決定于運動學(xué)分析和綜合[4-7],，機械優(yōu)化設(shè)計的首要任務(wù)，應(yīng)加大僵硬,、降低質(zhì)量.關(guān)于幾個參數(shù)模型.這是它重要和必要的影響,，研究了各參數(shù)對模型表現(xiàn)以進一步優(yōu)化,。本文就開展設(shè)計研究工具，通過參數(shù)分析亞當(dāng)斯,，又要適當(dāng)?shù)姆绞絹慝@得一個輕量級的優(yōu)化和小變形系統(tǒng),。仿真模型

adams(automatic dynamic analysis 0f mechanical system)自動機械系統(tǒng)動力學(xué)分析是一個完美的軟件，對機械系統(tǒng)動力學(xué)模擬可處理機制包括有剛性和靈活的部分,，仿真模型可以創(chuàng)造出機械手的亞當(dāng)斯環(huán)境 如圖-2,。oxyz是全球性的參考幀，并oxyz局部坐標(biāo)系,，兩個直流驅(qū)動電機,、交流和02m o1a表示，與線性驅(qū)動器ch被視為剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量電機傳動的120kg/cm2,。大眾的線性驅(qū)動器是1.5kg,，連接ab、德,、03f和lj被視為柔性體立柱,、橫梁gk，通用公司和公里,，形成一個三角形,，也被當(dāng)作柔性傳動長度的鏈接是決定提前運動學(xué)設(shè)計為ab =o3f = 7cm，de=ij=7cm,，gk= 7cm,，gm =11.66cm，= 8.338cm,。其它維度,，這個數(shù)字是01a = 02m =7cm，cb=cd=hj 2.5cm,。ef=eg=jk= 3cm,。

雖然總平面并聯(lián)機構(gòu)的運動都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬,，因為它的角色在垂直懸臂梁的截面尺寸計算每一束平面并聯(lián)機構(gòu)和相對位置的線性驅(qū)動器是兩個非常僵硬的影響因素的系統(tǒng),。

運動支鏈可分為三類：“主動鏈（由驅(qū)動器賦予確定獨立運動的支鏈。一般是單驅(qū)動器控制一個自由度的運動）,，從動鏈（不帶驅(qū)動器,、被迫作確定運動的支鏈。又分為以下兩種：約束鏈：獨立限制機構(gòu)自由度的從動鏈,。冗余鏈：重復(fù)限制機構(gòu)自由度的從動鏈）復(fù)合鏈（有單驅(qū)動器,、但限制一個以上的機構(gòu)自由度的支鏈，實際是主動鏈與約束鏈的組合）-并聯(lián)機構(gòu)是由這幾種支鏈用不同形式組合起來的,。動鏈中的約束鏈除了可以提高機構(gòu)剛度和作為測量鏈外,，其更主要的作用是用來約束動平臺的某一個或幾個自由度,，以使其實現(xiàn)預(yù)期的運動。

圖-2 仿真模型 仿真模擬結(jié)果

在本節(jié)中,，平均位移的末端是用來描述動態(tài)剛度,，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動器向前，從最初的位置的目的地,，一般的豎向位移的機械手是作為目標(biāo)來研究豎向剛度,，平均差別的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)點之間有一個剛性數(shù)學(xué)模型,，模型，作為目標(biāo)來研究水平剛度,。

并聯(lián)機器人的構(gòu)型設(shè)計即型綜合是并聯(lián)機器人設(shè)計的首要環(huán)節(jié),，其目的是在給定所需自由度和運動要求條件下，尋求并聯(lián)機構(gòu)桿副配置,、驅(qū)動方式和總體布局等的各種可能組合,。國內(nèi)的許多學(xué)者正致力于這方面的研究，其中比較有代表性的有如下幾種方法：”黃真為代表的約束綜合法,；楊廷力等人的結(jié)構(gòu)綜合法,；代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系,，各有特點,，都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法,，是從限制自由度的角度出發(fā),，增加約束，去除不需要的自由度,，因每條主動鏈只有一個驅(qū)動裝置,，讓其控制一個自由度，其余自由度通過純約束鏈去除,，這樣可以使主,、從動運動鏈的作用分離，運動解耦,，有利于控制,。具有三自由度的并聯(lián)機床，當(dāng)采用條主動支鏈作為驅(qū)動時,，機構(gòu)就需要約束另三個自由度,，通過選擇無驅(qū)動裝置的從動鏈來完成，則整個機構(gòu)成為有確定運動的三自由度的并聯(lián)機構(gòu),。黃真等提出的約束綜合法對完全對稱的少自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)進行了型綜合,，完全對稱的支鏈結(jié)構(gòu)相同,，都屬于復(fù)合鏈，每條支鏈除都有一個單驅(qū)動器,，控制一個自由度外,，還應(yīng)約束一個以上自由度才能使機構(gòu)的六個自由度全部受控，使機構(gòu)有確定的運動,。

2.1 截面效應(yīng)

扭轉(zhuǎn)變形位移的連結(jié)將會引起的,，所以，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面,，重力是研究裝系統(tǒng)來研究,，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片lxx不變的各個環(huán)節(jié)和梁作為設(shè)計變量的變化，從 0.1 x 105mm4 與 3.5 x 105 mm4,。

圖-3 不斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn)

圖-3顯示了平均位移與截面扭轉(zhuǎn)常數(shù)末端的各個環(huán)節(jié)和梁,，根據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié)，是最大的,，ab是鏈接,，lj依次分別gk梁和km有在豎向剛度性能。其他的仿真結(jié)果表明,，水平位移之間的差異進行比較,，結(jié)果表明該模型體育智力h和剛性模型變化小就改變了恒定不變的時候扭加載慣性力的線性驅(qū)動器，但是水平位移的變化,，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機械手,。注意端面線性驅(qū)動器的主要原因是水平變形、線性驅(qū)動器機器人是由兩個節(jié)點c和h.所以,，我們計算了不同的z-coordinate攝氏度之間,，如圖所示，在圖4-扭轉(zhuǎn)常數(shù)的影響差別的鏈接德,。其次是最有效的通用和連接梁,，連接o3f，梁gk有效果,。

因此,，應(yīng)采取ab和連接區(qū)段大扭常數(shù)的免疫力，豎向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性,，降低線性驅(qū)動器不可以降低水平變形,。

圖-4 在不影響扭不變

如圖-

5、6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設(shè)計變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個環(huán)節(jié)和梁lz,，圖顯示增加lw卡爾減少的速度高于垂直位移的不斷增加ixx扭轉(zhuǎn),。這個yxx ab、梁的鏈接,，鏈接o3f是iyy三個主要因素決定了豎向剛度,。

圖-6 所示 鏈接的ab,、梁公里，連接03f也是其中的三個主要因素決定的均勻性線性傳動裝置,、不同的分析結(jié)果表明,，izz效果好，具有至少兩個垂直和水平剛度,，這意味著這種結(jié)構(gòu),，具有足夠的水平，降低izz剛度的鏈接和增加iyy ab,、梁的鏈接,，鏈接o3f公里的好方法，優(yōu)化系統(tǒng),。

圖-5 瞬間的慣性效應(yīng)對垂直位移

圖-6 轉(zhuǎn)動慣量不平衡的影響

2.2影響的線性驅(qū)動器的相對位置

線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一,，在機械手的運動，不同的相對應(yīng)的垂直位置產(chǎn)生不同的變形,，圖7顯示了絕對平均的最終效應(yīng)垂直位移時驅(qū)動馬達以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)，我們可以看到,，過低或過高的相對位置會造成比格變形,，最好的位置是一對z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接o3f到 ab.圖-7

影響線性驅(qū)動器的相對位置

分析改進的機械手

根據(jù)上述模擬結(jié)果，所有改進的機械手的設(shè)計,，時間如下：鏈接截面ab,，de，lj 與30mm的基礎(chǔ)和高度,，10毫米的厚度;鏈接o3f和矩形空心梁與30mm的基礎(chǔ)和高度工型鋼,，l0mm法蘭和6mm網(wǎng);梁競，通用汽車與8mm的堅實基礎(chǔ)和30mm高的矩形,。

圖-8 梯形運動姿態(tài)

圖-9中回應(yīng)的是機械手,，相比之下，圖-10中提高初始的反應(yīng),，在其中所有的鏈接和機械手的矩形截面梁的堅實基礎(chǔ),，用30毫米，高度的差異是曲線,，c和h的曲線積分,，二是垂直位移的末端，改進系統(tǒng)中最大位移0.7um最初的0.12um相比,，爭論的振動激勵后仍停留在o.06um±0.15% s±o.05um相比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性,，因為在相同的步伐不斷加快，保持振動瓣膜差不多一樣,，它對這整個系統(tǒng)中來說,，仍然改善系統(tǒng)的剛度,，幾乎相當(dāng)于初始制度，針對大規(guī)模的平面并聯(lián)機構(gòu)在該系統(tǒng)相比下降了30%,，這樣的初始優(yōu)化是有效的,。

圖-9、圖-10 動態(tài)響應(yīng)

結(jié)論

本文設(shè)計了一種新型三自由度機械手變量的敏感性進行了研究在adams環(huán)境中,，可以得出以下結(jié)論：

1）機器人具有較大的水平剛度,，最終水平位移，效應(yīng)主要是由機械手垂直變形造成的,，因此,，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。

2）參數(shù)ixx,，iyy并鏈接'截面剛度izz有不同的效應(yīng),，iyy已經(jīng)對垂直剛度的影響最大，ixx在第二位的是,，ixx具有在垂直剛度的影響最小,，他們都較少對水平比垂直剛度剛度。3）橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響,，連線豎向剛度ab和德應(yīng)該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大,，如變形、長方形,、橫梁km,，線 03f應(yīng)該使用區(qū)段形梁等重大時刻轉(zhuǎn)動慣量、橫梁gk,，和gm 可以使用盡可能的一小部分,，從而降低了質(zhì)量。4）最佳的線性驅(qū)動器的相對位置可以減少變形,，最好的位置是垂直的平行結(jié)構(gòu),。5）改進的機械手的動態(tài)分析表明該優(yōu)化設(shè)計方法研究的基礎(chǔ)上的效率。

參考文獻

[

l

]

dasgupta b,，mmthyunjayab t s,。the stewart platform manipulator：a review。mechat~m and machine theory,，200o,。35(1)：15—40

[ ] xi f，zhang d,，xu z,，et al。a comparative study on tripod u ts for machine lo0ls。intemational journal of machine tools&manufacture,，2003,，43(7)：721—730

[ ]

zhang d，gosselin c m,。kinetostatic analysis and optimization of the tricept machine tool family,。in：proceedings of year 2000 parallel kinematic machines international conference，ann arbor,，michigan,，2001，174—188 [ ]

gosselin c m,，angeles j,。a globe preference index for the kinematic optimum of robotic manipulator。asme journal of mechanical,，l991,，113(3)：220—226 [ ]

gao f，i,，iux j,，gruverw a。performance evaluation of two-degree-of-freedom planar parallel robots,。mechanism and machine theory,，l998，33(6)：661-668

[ ] huang t,，li m，li z x,，et al,。optimal kinematic design of 2-dof oaralel manipulator with well shahed workspace bounded by a specified conditioning index ieee transactions of robot and automation，2004,，20,，(3)：538—543 [ ] gosselin c m，wang j,。singularity loci ofplanarparallel manipulator with revoluted actuators,。robotics and autonomousm，1997,，2l(4)：377 398 [ ] yiu y k,，cheng h，xiong z h,，et al,。on the dvnamies of parallel mmfipulators proc。of

ieee inemational conference on robotics& automation。20o1,。3766 3771 [ ] chakarov d,。study ofthe antagoni~ie stifness of parallel manipulators with actuation redundancy。mechanism and machine

theory,，2004,，39(6)：583—60l [ 10 ] shab~a a a。dynamics of multibody systems,。cambridge：cambridge university press,，l998。270-3 l0

五自由度機器人創(chuàng)新之處 五自由度機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計篇二

仿真機械手運動生成

（需使用運動捕捉數(shù)據(jù)庫）

摘要——在使用運動和姿態(tài)和人互動交流中,，仿真機器人不光需要和人長相相似,，更需要像人一樣能夠在交流互動中避免誤解。在類人行為中,，仿真機械手的運動是和人交流的基本動作,。這篇文章首先闡述的是用數(shù)學(xué)語言陳述人手臂運動特征。人手臂運動的特點是手的位置和方向決定了肘仰角,。這樣的數(shù)學(xué)表述需要用到近似軟件——反應(yīng)曲面法（rsm）,。然后運用上面的表述來將此種方法實現(xiàn)到實時控制的機械手運動上。在需要將機器人的手從一點一到其他地方或是手的旋轉(zhuǎn)時,，還得通過上述方法對其進行評估,。下面的例子運動是由kist仿真機器人，mahru所演示,。

i.介紹

在過去的幾十年中,，一些機器人被開發(fā)出來并且面向公眾，以為人類服務(wù),。機器人和人的大多數(shù)交流方式是通過聲音和行為來實現(xiàn)的,。盡管這種行為可能引起人的誤解，機器人的行為還是要和人相似,。當(dāng)然這種行為對于人來說是可預(yù)測的而且感覺上也是舒適的,。仿真機器人的行動至少要表現(xiàn)出和人相似才行。

一些研究已經(jīng)完成了仿真機器人的運動,，這種是盡可能的模仿人的運動得到的,。人的運動是由運動捕捉系統(tǒng)測量并且運用于機器人或是動畫特征來得到。在視覺運動捕捉系統(tǒng)的情況下,，人的運動的捕捉是以時間軌跡記錄器的來實現(xiàn),，這時間記錄器是安裝在演示者身體上的。許多研究者已經(jīng)開發(fā)出這種方法,。kim等人曾提出一種方法——運用優(yōu)化系統(tǒng)將演示者的手臂運動運用到機器人上,。人的手的位置和方向由機器人模仿，這機器人被裝上一些特定功率的關(guān)節(jié)馬達。然而這種方法并不能得到新的類人的運動,。pollard等人也提出過如何將所獲取的人的運動運動到機器人身上,，這種機器人只有上身。優(yōu)化所獲得的演示者的上身運動是縮小機器人和人的體型來實現(xiàn)的,。這樣,，關(guān)節(jié)的位置和移動速度極限是需要考慮的。nakaoka等人探索除了一套程序,，通過運動捕捉系統(tǒng),，讓仿真機器人（hrp1s）模仿日本人跳舞。主要運動的象征性表述得以實現(xiàn),。關(guān)節(jié)位置的時間記錄在此首次被提出來,。更正這些軌跡以滿足機器人的機械限制。特別地,，為了滿足動態(tài)穩(wěn)定性,，修正腰部運動軌跡以保持和所需的zmp軌跡一致。日本人的舞蹈是由動力模仿器,，openhrp以及真實的機器人來演示,。這些方法都是用來模仿給定的運動的。這些方法就很難能夠得到和人的運動數(shù)據(jù)庫里一些列的類人運動,，因為他們都是采取所獲得的給定的運動所導(dǎo)致的,。

asfour等人提出例外一種方法是用人手臂的數(shù)學(xué)表述語言得到機械手的運動。這種數(shù)學(xué)表述被廣泛采用,。在那些論文中,，肩部的空間笛卡爾坐標(biāo)系定義了人的手腕位置有四個參數(shù)。然而,，所提的表述近似的表示出了手臂的運動,，因此，這種方法得以運用但會出現(xiàn)機器人手臂的位置和方向的錯誤結(jié)果,。再者，那片文章中的四個參數(shù)并沒有生理意義,。

由于機器人不光需要模擬人的運動,，還得演示隨時從運動數(shù)據(jù)庫里調(diào)出的類人運動，這就需要一些新的方法,。在這片論文中,，提取運動數(shù)據(jù)庫中的人手臂運動特征的方法將要給以陳述。

這些特征將以肘抬角給以描述,。此角手腕的位置決定,，且角度處于手掌和地面之間。借助于對于手臂的自然抬舉角度來得到仿真機器人的運動。

ii.肘部仰角：描述人的手臂運動

圖表1.肘仰角定義

此部分運動捕捉數(shù)據(jù)庫手臂運動過程特征得以描述,。如圖表2所示運動捕捉數(shù)據(jù)是由可購買得到的視覺運動捕捉器來實現(xiàn),。人體模型圖表三由運動捕捉器s/w模仿。

日常生活中,，手的點到點的移動是由手的指向來定位的,，譬如，手抓桌子或空中物體,，或是和談話人進行手勢等等,。人手的姿勢或許可以由手腕的位置手的運動方向以及肘關(guān)節(jié)的姿勢來描述。從手臂運動捕捉數(shù)據(jù)來看肘姿勢也許主要是手腕的位置和手掌的方向向量——即手掌方向來決定,。換句話來說,，在特定的情況下手掌的姿勢又以手腕的位置，手掌方向和肘的姿勢的形式來描述,。更者,，肘姿勢可以由手腕和手掌的方向來表示。手腕的位置的獲得要用到以地面的標(biāo)準(zhǔn)建立的球笛卡爾坐標(biāo)系的演示者手臂運動,，然后改變參照物到演示者的肩關(guān)節(jié)上,。肘姿勢的定義是豎直面（圖表1中的紅線三角組成的）和由肩，手腕,，以及肘組成的圖表一的藍色的三線構(gòu)成的面,，這兩個面的夾角，這角叫做肘關(guān)節(jié)仰角,。由于以對于人的手臂的運動的比較自然的姿勢的關(guān)鍵因素——手腕的位置和手掌的方向定義了此角,，人的手臂的運動就能夠特征化了。當(dāng)藍線所成平面（見如圖1）和豎直紅線形成平面重合時,，此仰角為0度,。

要獲得人的肘自然姿勢，就要用上圖標(biāo)3的線性數(shù)學(xué)分析,。在實驗中,，演示者的手臂都是放松的或是無需預(yù)設(shè)的移動。相當(dāng)多的手腕的姿勢和手掌的方向?qū)τ谘菔菊邅碚f是預(yù)先給定的,。在這次實驗中,，手臂的移動平均分六段。然后再5秒內(nèi)演示者畫上5個不同尺寸的圓,。同樣的實驗由不同的手掌方向重復(fù)3次,。

圖表2.運動捕捉系統(tǒng)和演示者

圖表3.對于一系列人手姿勢的線性分析

人手的運動的獲得用到hawk 數(shù)字系統(tǒng)，這種設(shè)備可以從運動分析有限公司購買（見圖2）,。演示者身上安放29個組件和8個攝像頭也派上用場,。時間軌跡記錄器——記錄人的運動也購置好了,。通過運用這個時間軌跡記錄器，需要累計記錄每個坐標(biāo)形式下的肩膀和坐標(biāo)系,，手腕的位置便能定位,。

iii.有關(guān)肘關(guān)節(jié)仰角問題

從上面做出的部分，以及對其線性分析能夠發(fā)現(xiàn)手姿勢的特征需要是肘關(guān)節(jié)仰角描述,，肘關(guān)節(jié)仰角是手腕的位置和手掌的方向來表述的,。

a.響應(yīng)面分析法

響應(yīng)面分析法是一項代表同側(cè)輸入變量和反應(yīng)之間關(guān)系的技術(shù)。分析法中反應(yīng)函數(shù)定義出了類似的實驗的結(jié)果,。簡要描述如下：

實驗反應(yīng)函數(shù)近似如下：

y表示實驗中特定的反應(yīng)結(jié)果量,，是y的未知量，e表示反應(yīng)和反應(yīng)函數(shù)之間的偏差,。x表示不同側(cè)的輸入向量,。反應(yīng)函數(shù)的近似反應(yīng)函數(shù)又用到形函數(shù)如下：

反應(yīng)函數(shù)的條件的數(shù)量。

是

是

是形函數(shù)量（一,，需要是些研究者稱之為偏函數(shù)）形函數(shù)未知系數(shù)決定于曲線擬合實驗的結(jié)果,。

在多重反應(yīng)給定的情況下,，多重偏差的獲得需要函數(shù)eq.(1)和eq.(2)的形式如下：

此處n是反應(yīng)次數(shù)（或者是實驗）,；的偏差,；為對應(yīng)于的和 是

反應(yīng)值，和相應(yīng)

反應(yīng)的輸入向量,。等式（3)可以以向量的形式給出如下：

矩陣的維度x,，e開平方得到的，如下： 的元素值為

,。未知常向量b是對

注意到的最小值等于的最小值,。最優(yōu)條件下的向量b可由下等式獲得：

因此，響應(yīng)函數(shù)便獲得,?？梢姡@就是所謂的開平方方法,。

b.輸入量正?；?/p>

由于數(shù)值的級數(shù)分量差別,，在前面的處理過程中,，變量值的正常化是必要的,。這種正常化可以幫助減少誤差,。再者,，由于機器人和人的大小有別,，這種正常化可以使得將人的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用到機器人上更加的容易,。

正如第二部分所提,，人的手臂運動特征可以通過手腕的位置和手掌的角度來描述。手腕位置的獲得需要笛卡爾空間坐標(biāo)系的手腕軌跡記的記錄,。手掌的指向代表了第二部分中所提的手掌方向向量,。將這指向和地面的夾角作為輸入量之一。這些表示參數(shù)與無量綱2表示如下：

表示肩與手腕的距離,；

和

表示圖表7中的空間笛卡爾坐標(biāo)系中的肩膀的角度,；是手掌和地面間的夾角。

c.肘關(guān)節(jié)仰角的特征方程

對于形函數(shù)來說,，響應(yīng)曲面法廣泛采用了第二個多項式,。通過由前部分定義出的參數(shù)來表述肘關(guān)節(jié)仰角的響應(yīng)函數(shù)如下：

為正常化后的肘仰角響應(yīng)函數(shù),。輸入向量x由等式(9)給出,。形函數(shù)的未知向量系數(shù)b的獲得用到等式(6)和第一部分中的人手的線性分析的結(jié)果。一旦機器人手臂肘仰角的響應(yīng)函數(shù)完成,，最自然的機器人的肘仰角將會由機器人的手腕的位置和手掌的方向來決定,。再者，響應(yīng)函數(shù)所得的運動應(yīng)該看似類人的行動,。圖表（4）顯示了肘仰角輸入?yún)?shù)的結(jié)果,。

iv.逆運動學(xué)

在上一節(jié)中，肘仰角的獲得源于rsm和運動捕捉數(shù)據(jù)庫,。這節(jié)中,，逆運動學(xué)的是用肘仰角產(chǎn)生一個類似人的手臂運動和機器人的典型的逆運動程序的問題已經(jīng)解決了關(guān)節(jié)的位置問題。

作為一個試點,韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院開發(fā)的仿真機器人圖5的mahru——每個臂擁有6個自由度已經(jīng)用上了,。為了解決逆運動學(xué)問題,，六自由度完整性的約束是必須的。輸入所需姿勢即是笛卡爾空間坐標(biāo)系中以肩為中心的手腕位置和手掌所成的方向角,。手腕放松時候的角度同樣也可以輸入,，但是此文中的設(shè)置是0度。為了得到類人姿勢,，就要用到人手運動特征等式,。因此6自由度的限制條件就要用上。解決逆運動學(xué)的方法源于幾何問題的分析,。

機器人,，mahru 圖表6展示的是左手的放松姿勢。手臂的所在位置的姿勢垂直于地面,，其手掌貼向臀部,。

當(dāng)肘仰角從前面的段落中獲得,，則余下的關(guān)節(jié)的角度從就由這段落來確定了。

首先,，關(guān)節(jié)仰角

僅僅是由圖表7中的距離r來決定,。

到的關(guān)節(jié)仰角和

由向量 決定。當(dāng)和在給定了手腕和手掌

和手腕坐標(biāo)方向時設(shè)置角度為0度,，是由肘位置向量,。通過向量

向量——手腕的置于以肩為中心的笛卡爾坐標(biāo)系的x-z坐標(biāo)系中——建立一個平面。

可以由上方程中肘仰角和手腕的位置來計算,。

手腕螺旋角,，當(dāng)r=1.7，在和,，手腕距離（r）,，當(dāng)r=1.7，時的手腕螺旋角

當(dāng)r=1.7和

時的肘仰角

圖表4.與四元素

和對應(yīng)的人手臂肘仰角

圖表6.左臂的笛卡爾坐標(biāo)系

圖表7.手臂姿勢的參數(shù) 此處的是在上面加的*

手腕位置表述如下：

是由參考系到參考系同化后的變形矩陣,，是第四個參考系中的手腕位置的向量,。此向量為=上面方程給出的。因此

,。手腕的位置是給定的,，和是

可以有下面方程得出：

圖表8.左手的笛卡爾坐標(biāo)系

此處為，為 這篇文章中,，手腕的自然豎直角度為0度,。為了得到角度得以運用。,，兩個向量的 此處

為從肘到手腕的向量和地面的法向量組成的平面的法向量,。為原始肩，手腕的位置和給定數(shù)據(jù)下的肘位置的的平面法向量,。

v.例子

在上節(jié),，完成了肘仰角的等式。用此等式,，可獲得自然的仿真機器人姿勢,。再者，kist機器人mahru的逆運動學(xué)運算可以從手腕的位置和手掌的方向來獲取,。評估等式和逆運動學(xué)運算,，機器人需要遵循按照手腕的位置和手掌的方向。距離笛卡爾坐標(biāo)系的以肩為中心有0.44mm的y-z平面中的正弦曲線給定了手腕的軌跡.所需的手掌方向的軌跡的得出要用到各個時刻的坐標(biāo)系中的手腕的正弦函數(shù)向量的余弦,。只要有了機器人的手臂的運動,，運用這些軌跡便可計算出所需關(guān)節(jié)運動的角度。這些軌跡的由kist 機器人mahru來完成,。實驗的演示所用的pc由每個關(guān)節(jié)上的馬達的rtai和dsp控制板來控制,。利納科斯pc 可以將關(guān)節(jié)角和所需關(guān)節(jié)向量傳遞到5米處的有can的草圖的dsp上去,。每個dsp板控制相應(yīng)的馬達，從而改變帶有pd控制器的關(guān)節(jié)的所需值,。

圖表9.先進的方法將人手臂和機器人手臂運動做以對比

圖表9顯示了實驗拍攝結(jié)果。左右臂是對稱的,，同時在一,，三和最后一個場景中的每個肩膀手掌的方向在笛卡爾坐標(biāo)系中也是一樣的。應(yīng)該可以看到這個場景中合成的機器人的手臂的姿勢是不對稱的,，也就是機器人的其中一肘要比人的相應(yīng)的那肘要左偏些,。

vi.總結(jié)

此文已經(jīng)給出了如何用數(shù)學(xué)語言描述人手的運動特征方法。這用到了運動捕捉數(shù)據(jù)庫,。kist機器人mahru成功的完成了這種表述和評估,。對于任意的配置的手臂姿勢，人手的特性的先進方法很容易實現(xiàn)機器人的姿勢模仿,。這種方法很容易實時得到機器人手臂運動,。例外，所產(chǎn)生的手臂運動能夠準(zhǔn)確的完成所需手腕的位置,，因為肘仰角對手腕不再有影響,。還有就是，這種方法對于下面的情況也適用：機器人的手腕和手掌的從一點到例外一點的移動能到手的能夠抓住伺服視覺中物體過度,。

這種方法或許不能充分完成所需的手的定位工作,，因為肘仰角只能用到一個角度，這個角度是在其他三個所需方向之外的與手掌方向一致的角度,。倘若這只手的所需角度要能夠滿足上訴情況,，則對于機器人來說就要能多的自由度數(shù)。還有就是,在考慮到動態(tài)性能和自身的沖突問題時,，機械手的運動仍然是我們的未來工作任務(wù),。

參考文獻

[1] , , and , “solving an inverse kinematics problem for a humanoid robots imitation of human motions using optimization,” in infomatics in control, automation and robotics, 2005, pp.85–92.[2] d, s, marcia , and christopher n, “adapting human motion for the control of a humanoid robot,” in ieee robotics and automation, 2002, vol.2, pp.1390– 1397.[3] a, wa, , wa, and i, “generating whole body motions for a biped humanoid robot from captured human dances,” in robotics and automation, 2003, pp.3905–3910.[4] and nn, “human-like motion of a humanoid robot arm based on a closed-form solution of the inverse kinematics problem,” in ieee/rsj intelligent robots and systems, 2003, vol.2, pp.1407–1412.[5] ing and rs, “errors in pointing are due to approximations in targets in sensorimotor transformations,” in journal of neurophysiology, 1989, vol.62, pp.595–608.[6] ing and rs, “sensorimotor representations for pointing to targets in three-dimensional space,” in journal of neurophysiology, 1989, vol.62, pp.582–594.[7] , experimental optimum engineering design course notes, department of aerospace engineering, mechanics and engineering science, university of florida, gainesville, florida, u.s.a., 2000.

五自由度機器人創(chuàng)新之處 五自由度機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計篇三

六自由度并聯(lián)機器人基于grassmann-cayley代數(shù)的奇異性條件

patricia ben-horin和moshe shoham，會員,，ieee

摘要

本文研究了奇異性條件大多數(shù)的六自由度并聯(lián)機器人在每一個腿上都有一個球形接頭,。首先,確定致動器螺絲在腿鏈中心。然后用凱萊代數(shù)和相關(guān)的分解方法用于確定哪些條件的導(dǎo)數(shù)(或剛度矩陣)包含這些螺絲是等級不足,。這些工具是有利的,因為他們方便操縱坐標(biāo)-簡單的表達式表示的幾何實體,從而使幾何解釋的奇異性條件是更容易獲得,。使用這些工具,奇異性條件(至少)144種這類的組合被劃定在四個平面所相交的一個點上。這四個平面定義為這個零距螺絲球形關(guān)節(jié)的位置和方向,。指數(shù)terms-grassmann-cayley代數(shù),，奇點，三條腿的機器,。

一,、介紹

在過去的二十年里,許多研究人員廣泛研究并聯(lián)機器人的奇異性,。不像串聯(lián)機器人,失去在奇異配置中的自由度,盡管并聯(lián)機器人的執(zhí)行器都是鎖著但是他們的的自由度還是可以獲得的。因此,這些不穩(wěn)定姿勢的全面知識為提高機器人的設(shè)計和確定機器人的路徑規(guī)劃是至關(guān)重要的,。

主要的方法之一,用于尋找奇異性并行機器人是基于計算雅可比行列式進行的,。gosselin和安杰利斯[1]分類奇異性的閉環(huán)機制通過考慮兩個雅克比定義輸入速度和輸出速度之間的關(guān)系。當(dāng)圣魯克和gosselin[2]減少了算術(shù)操作要求定義的雅可比行列式高夫·斯圖爾特平臺(gsp),從而使數(shù)值計算得到多項式,。

另一個重要的工具,為分析螺旋理論中的奇異性,首先闡述了1900的論文[6]和開發(fā)機器人應(yīng)用程序,。幾項研究已經(jīng)應(yīng)用這個理論找到并聯(lián)機器人的奇異性,例如,[11]-[14]。特別注意到情況,執(zhí)行機構(gòu)是線性和代表螺絲是零投的,。在這些情況下,奇異的配置是解決通過使用幾何,尋找可能的致動器線依賴[15]-[17],。其他分類方法閉環(huán)機制可以被發(fā)現(xiàn)在[18]-[22]。

在本文中,我們分析了奇異點的一大類三條腿的機器人,在每個腿鏈有一個球形接頭上的任何點,。我們只關(guān)注了正運動學(xué)奇異性,。首先,我們發(fā)現(xiàn)螺絲相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的每個鏈。因為每一個鏈包含一個球形接頭,自致動器螺絲是相互聯(lián)合的,他們是通過球形關(guān)節(jié)的零螺距螺桿螺絲,。然后我們使用grassmann-cayley代數(shù)和相關(guān)的發(fā)展獲得一個代數(shù)方程,它源于管理行機器人包含的剛度矩陣,。直接和高效檢索的幾何意義的奇異配置是最主要的一個優(yōu)點,在這里將介紹其方法。

雖然之前的研究[53]分析7架構(gòu)普惠制,各有至少三條并發(fā)關(guān)節(jié),本文擴展了奇點分析程度更廣泛的一類機器人有三條腿和一個球形關(guān)節(jié),。使用降低行列式和grassmann-cayley運營商我們獲得一個通用的條件,這些機器人的奇異性提供在一個簡單的幾何意義方式計算中,。

本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)詳細描述了運動學(xué)結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機器人,。第三節(jié)包含一個簡短的在螺絲和大綱性質(zhì)的背景下驅(qū)動器螺絲,零距螺絲作用于中心的球形關(guān)節(jié),。第四部分包含一個介紹grassmann-cayley代數(shù)的基本工具用于尋找奇異性條件。這部分還包括剛度矩陣(或?qū)?shù))分解成坐標(biāo)自由表達,。第五節(jié)中一個常見的例子給出了這種方法,。最后,第六章比較了使用本方法結(jié)果與結(jié)果的其他技術(shù)。

二,、運動構(gòu)架

本文闡述了6自由度并聯(lián)機器人有六間連通性基礎(chǔ)和移動平臺,。肖海姆和羅斯[54]提供了調(diào)查可能的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生基于流動公式6自由度的grubler和kutzbach。他們尋找了所有的可能性,滿足這個公式對關(guān)節(jié)的數(shù)目和任何鏈接,。gsp和三條腿的機器人結(jié)構(gòu)的一個子集所列出的6自由度shoham和羅斯,。一個類似的例子也證實了了podhorodeski和pittens[55],他發(fā)現(xiàn)了一個類的三條腿的對稱并聯(lián)機器人,球形關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的平臺在每個腿比其他結(jié)構(gòu)潛在有利,。正如上面所討論的,大多數(shù)的報告文獻限制他們的分析結(jié)構(gòu)和球形關(guān)節(jié)位于移動平臺和棱柱關(guān)節(jié)作為驅(qū)動的關(guān)節(jié),。在這個分類,我們包括五種類型的關(guān)節(jié)和更多的可選職位的球形關(guān)節(jié)。

我們處理機器人有三個鏈連接到移動平臺,每個驅(qū)動有兩個1自由度關(guān)節(jié)或一個二自由度關(guān)節(jié),。這些鏈不一定是平等的,但都有移動和連接六個基地和之間的平臺,。除了球形接頭(s),關(guān)節(jié)考慮是棱鏡(p),轉(zhuǎn)動(r)、螺旋(h)、圓柱(c)和通用(u),前三個是1自由度關(guān)節(jié)和最后兩個二自由度的關(guān)節(jié),。所有的可能性都顯示在表i和ii,。該列表只包含機器人,有平等的連鎖,總計144種不同的結(jié)構(gòu),但是機器人與任何可能的組合鏈也可以被認(rèn)為是membersof這類方法。組合的總數(shù),大于500 000,計算方式如下:

三,、管理方法

本節(jié)涉及螺絲和平臺運動的確定,。因為考慮機器人有三個串行鏈,每個驅(qū)動器螺絲的方向可以由其互惠到其他關(guān)節(jié)螺釘固定在鏈條。被動球形接頭在每個鏈部隊驅(qū)動器螺絲為零距(行)并且通過它的中心,。因此,三個平面是創(chuàng)建中心位于自己的球形關(guān)節(jié),。

以下簡要介紹了螺旋理論,廣泛的解決[7],[73],[75];我們解決在第二節(jié)中列出相互的所有關(guān)節(jié)螺釘系統(tǒng)。

上述類的機器人的幾何結(jié)果奇點現(xiàn)在相比其他方法獲得的結(jié)果要準(zhǔn)確,。首先,我們比較奇異條件在上述3 gsp平臺與結(jié)果報告線幾何方法。

根據(jù)相對幾何條件的他行方法區(qū)分不同的幾種類型沿著棱鏡致動器[81]的奇異性,。我們表明,所有這些奇異點是特定情況下的條件通過(17 c)提供,這是有效的三條腿以及6:3 gsp平臺的機器人的考慮,。這種結(jié)構(gòu)的奇異的配置根據(jù)線幾何分析包括五種類型:3 c、4 b,、4 d,5 a和5 b[17],[36],。

四、奇異性分析

本節(jié)確定奇異性條件定義在第二節(jié)的機器人,。第一部分包括尋找方向的執(zhí)行機構(gòu)的行動路線,基于解釋第三節(jié)中介紹,。他行通過球形接頭中心,而他們的方向取決于關(guān)節(jié)的分布和位置。第二部分包括應(yīng)用程序的方法使用了grassmann-cayley代數(shù)在第四節(jié)定義奇點,。因為每對線滿足在一個點(球形接頭),所有例子的解決方案是象征性地平等,無論點位置的腿或腿的對稱性,。我們從文獻中舉例說明使用三個機器人的解決方案。

1.方向的致動器螺絲

第一個例子是3-prps機器人提出behi[61][見圖3(a)],。對于每個腿驅(qū)動螺絲躺在這家由球形接頭中心和轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸,。特別是,致動器螺桿是垂直于軸的,和致動器螺桿是垂直于軸的,這些方向被描繪在圖3(b)。第二個例子是the3-usr機器人提出simaan et al,。[66][見圖4(a)],。每條腿有驅(qū)動器螺絲躺在通過球形接頭中心和包含轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸中。驅(qū)動器螺絲穿過球形接頭中心并與轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)軸相連,。這些方向被描繪在圖4(b),。

第三個例子是3-ppsp byun建造的機器人和[65][見圖5(一個)]。每條腿,驅(qū)動螺絲躺在飛機通過球形接頭中心和正常的棱鏡接頭軸,。驅(qū)動器螺絲垂直于軸的,和致動器螺桿是垂直于軸的,這些方向被描繪在圖5(b),。

圖3(a)3-prps機器人提出behi[61]

(b)飛機和致動器螺絲

圖4(a)3自由度機器人提出simaan和shoham[66]

(b)飛機和致動器螺絲的3自由度機器人

圖5(a)3-ppsp機器人提出byun[65]

(b)飛機和致動器螺絲

2、.奇異性條件

雅克(或superbracket)的機器人是分解成普通支架monomials使用麥克米蘭的分解,即(16),。解釋部分3—b機器人,，本文認(rèn)為每個鏈有兩個零距驅(qū)動器螺絲通過球形接頭。拓撲,這個描述等于行6:3 gsp(或在[53]),這三條線,每經(jīng)過一個雙球面上的接頭平臺(見圖6)。這意味著每對線共享一個公共點(這些點在圖6中),。因此類的機器人被認(rèn)為是在本文中,我們可以使用相同的標(biāo)記點的至于6:3 gsp,。六線與相關(guān)各機器人通過雙點,并且,用同樣的方式在圖6。

圖6 6-3 gsp

五,、結(jié)果

本文提出一個廣義奇異性分析并聯(lián)機器人組成元素,。這些是有一個球形接頭在每個腿鏈的三條腿的6自由度機器人。因為球形關(guān)節(jié)需要驅(qū)動器,，螺絲是純粹的力量作用于他們的中心,他們的位置沿鏈?zhǔn)遣恢匾?。組成元素包括144機制不同類型的關(guān)節(jié),每個都有不同的聯(lián)合裝置沿鏈。提出并建立描述幾個機器人出現(xiàn)在列表中,。大量的機器人相關(guān)的分析組合不同被認(rèn)為是,。奇點的分析是由第一個找到的執(zhí)行機構(gòu)使用互惠的螺絲。然后,借助組合方法和grassmann-cayley方法,得到剛度矩陣行列式在一個可以操作的協(xié)調(diào)自由形式,可以翻譯成一個簡單的幾何條件之后,。其定義是幾何條件由執(zhí)行機構(gòu)位置的線條和球形接頭,至少有一個相交點,。這個有效的奇異點條件考慮所有組成元素中的機器人。一個比較的結(jié)果與結(jié)果的奇點證明了其他技術(shù)所有先前描述奇異條件實際上是特殊情況下的幾何條件的四架飛機交叉在一個點,一個條件獲取的方法直接在這里提出,。

singularity condition of six-degree-of-freedom three-legged parallel robots based on grassmann–cayley algebra patricia ben-horin and moshe shoham, associate member, ieee

abstract this paper addresses the singularity condition of a broad class of six-degree-of-freedom three-legged parallel robots that have one spherical joint somewhere along each , the actuator screws for each leg-chain are grassmann–cayley algebra and the associated superbracket decomposition are used to find the condition for which the jacobian(or rigidity matrix)containing these screws is tools are advantageous since they facilitate manipulation of coordinate-free expressions representing geometric entities, thus enabling the geometrical interpretation of the singularity condition to be obtained more these tools, the singularity condition of(at least)144 combinations of this class is delineated to be the intersection of four planes at one four planes are defined by the locations of the spherical joints and the directions of the zero-pitch terms—grassmann–cayley algebra, singularity, three-legged uction during the last two decades, many researchers have extensively investigated singularities of parallel serial robots that lose degrees of freedom(dofs)in singular configurations, parallel robots might also gain dofs even though their actuators are ore, thorough knowledge of these unstable poses is essential for improving robot design and determining robot path of the principal methods used for finding the singularities of parallel robots is based on calculation of the jacobian determinant in and angeles [1] classified the singularities of closed-loop mechanisms by considering two jacobians that define the relationship between input and output -onge and gosselin [2] reduced the arithmetical operations required to define the jacobian determinant for the gough–stewart platform(gsp), and thus enabled numerical calculation of the obtained polynomial in ov et al.[3]–[5] expanded the classification proposed by gosselin and angeles to define six types of singularity that are derived using equations containing not only the input and output velocities but also explicit passive joint r important tool that has served in the analysis of singularities is the screw theory, first expounded in ball’s 1900 treatise [6] and developed for robotic applications by hunt [7]–[9] and sugimoto et al.[10].several studies have applied this theory to find singularities of parallel robots, for example, [11]–[14].special attention was paid to cases in which the actuators are linear and the representing screws are these cases, the singular configurations were solved by using line geometry, looking for possible actuator-line dependencies [15]–[17].other approaches taken to classify singularities of closed-loop mechanisms can be found in [18]–[22].in this paper, we analyze the singularities of a broad class of three-legged robots, having a spherical joint at any point in each inspanidual focus only on forward kinematics , we find the screws associated with the actuators of each every chain contains a spherical joint, and since the actuator screws are reciprocal to the joint screws, they are zero-pitch screws passing through the spherical we use grassmann–cayley algebra and related developments to get an algebraic equation which originates from the rigidity matrix containing the governing lines of the direct and efficient retrieval of the geometric meaning of the singular configurations is one of the main advantages of the method presented the previous study [53] analyzed only seven architectures of gsp, each having at least three pairs of concurrent joints, this paper expands the singularity analysis to a considerably broader class of robots that have three legs with a spherical joints somewhere along the the reduced determinant and grassmann–cayley operators we obtain one single generic condition for which these robots are singular and provide in a simple manner the geometric meaning of this structure of this paper is as n ii describes in detail the kinematic architecture of the class of parallel robots under n iii contains a brief background on screws and outlines the nature of the actuator screws, which are zero-pitch screws acting on the centers of the spherical n iv contains an introduction to grassmann–cayley algebra which is the basic tool used for finding the singularity section also includes the rigidity matrix(or jacobian)decomposition into coordinate-free section v a general example of this approach is y, section vi compares the results obtained using the present method with results obtained by other tic architecture this paper deals with 6-dof parallel robots that have connectivity six between the base and the moving and roth [54] provided a survey of the possible structures that yield 6-dof based on the mobility formula of grübler and searched for all the possibilities that satisfy this formula with respect to the number of joints connected to any of the gsp and three-legged robots are a subset of the structures with 6-dof listed by shoham and roth.a similar enumeration was provided also by podhorodeski and pittens [55], who found a class of three-legged symmetric parallel robots that have spherical joints at the platform and revolute joints in each leg to be potentially advantageous over other discussed above, most of the reports in the literature limit their analysis to structures with spherical joints located on the moving platform and revolute or prismatic joints as actuated or passive additional ions are the family of 14 robots proposed by simaan and shoham [28] which contain spherical-revolute dyads connected to the platform, and some structures mentioned below which have revolute or prismatic joints on the this classification, we include five types of joints and more optional positions for the spherical deal with robots that have three chains connected to the moving platform, each actuated by two 1-dof joints or one 2-dof chains are not necessarily equal, but all have mobility and connectivity six between the base and the s the spherical joint(s), the joints taken into consideration are prismatic(p), revolute(r), helical(h), cylindrical(c), and universal(u), the first three being 1-dof joints and the last two being 2-dof the possibilities are shown in tables i and list contains only the robots that have equal chains, totaling 144 different structures, but robots with any possible combination of chains can also be considered as membersof this total number of combinations, , is larger than 500 000, calculated as follows:

ing lines this section deals with the screws that determine the platform the robots under consideration have three serial chains, the direction of each actuator screw can be determined by its reciprocity to the other joint screws in the passive spherical joint in each chain forces the actuator screws to have zero-pitch(lines)and to pass through its ore, three flat pencils are created having their centers located at the spherical ing a brief introduction to the screw theory that is extensively treated in [7], [73]–[75];we address the reciprocal screw systems of all the joints listed in section geometric result for the singularity of the aforementioned class of robots is now compared with the results obtained by other approaches in the , we compare the singularity condition described above for the 6-3 gsp platform with the results reported for the line geometry line geometry method distinguishes among several types of singularities, according to the relative geometric condition of he lines along the prismatic actuators [81].we show that all these singularities are particular cases of the condition provided by(17c), which is valid for the three-legged robots under consideration as well as for the 6-3 gsp singular configurations of this structure according to line geometry analysis include five types: 3c, 4b, 4d, 5a, and 5b [17], [36].arity analysis this section determines the singularity condition for the class of robots defined in section first part consists of finding the direction of the actuator lines of action, based on the explanation introduced in section lines pass through the spherical joint center while their directions depend on the distribution and position of the second part includes application of the approach using grassmann–cayley algebra presented in section iv for defining singularity when considering six lines attaching two every pair of lines meet at one point(the spherical joint), the solution for all the cases is symbolically equal, regardless of the points’ location in the leg or the symmetry of the exemplify the solution using three robots from the ion of the actuator screws the first example is the 3-prps robot as proposed by behi [61] [see fig.3(a)].for each leg the actuated screws lie on theplane defined by the spherical joint center and the revolute joint particular,the actuator screw is perpendicular to the axis of , and the actuator screw is perpendicular to the axis of , these directions being depicted in fig.3(b).the second example is the3-usr robot as proposed by simaan et al.[66][see fig.4(a)].every leg has the actuator screws lying on the plane passing through the spherical joint center and containing the revolute joint actuator screw passes through the spherical joint center and intersects the revolute joint axis rly, the actuator screw passes through the spherical joint center and intersects the revolute joint axis and , these directions being depicted in fig.4(b).the third example is the 3-ppsp robot built by byun and cho [65] [see fig.5(a)].for every leg the actuated screws lie on the plane passing through the spherical joint center and being normal to the prismatic joint actuator screw is perpendicular to the axis of , and the actuator screw is perpendicular to the axis of , these directions being depicted in fig.5(b).fig.3.(a)the 3-prps robot as proposed by behi [61].(b)planes and actuator .4.(a)the 3-usr robot as proposed by simaan and shoham [66].(b)planes and actuator

screws of the 3-usr .5.(a)3-ppsp robot as proposed by byun and cho [65].(b)planes and actuator arity condition

the jacobian(or superbracket)of a robot is decomposed into ordinary bracket monomials using mcmillan’s decomposition, namely(16).as explained in section iii-b, all the robots of the class considered in this paper have two zero-pitch actuator screws passing through the spherical joint of each gically, this description is equivalent to the lines of the 6-3 gsp(or in [53]), which has three pairs of lines, each passing through a double spherical joint on the platform(see fig.6).this means that each pair of lines share one common point(in fig.6 these points are , , and).therefore for the class of robots considered in this paper, we can use the same notation of points as for the 6-3 six lines associated with each robot pass through the pairs of points,and , in the same way as in to the common points of the pairs of lines ,and ,denoted , and respectively, many of the monomials of(16)vanish due to(4).fig.6.6-3 sion

this paper presents singularity analysis for a broad family of parallel are 6-dof three-legged robots which have one spherical joint in each the spherical joints entail the actuator screws to be pure forces acting on their centers, their location along the chain is not family includes 144 mechanisms incorporating spanerse types of joints that each has a different joint arrangement along the l proposed and built robots described in the literature appear in this list.a larger number of robots are relevant to this analysis if combinations of different legs are singularity analysis was performed by first finding the lines of action of the actuators using the reciprocity of , with the aid of combinatorial methods and grassmann–cayley operators, the rigidity matrix determinant was obtained in a manipulable coordinate-free form that could be translated later into a simple geometric geometric condition consists of four planes, defined by the actuator lines and the position of the spherical joints, which intersect at least one singularity condition is valid for all the robots in the family under consideration.a comparison of this singularity result with results obtained by other techniques demonstrated that all the previously described singularity conditions are actually special cases of the geometrical condition of four planes intersecting at a point, a condition that was obtained straightforwardly by the method suggested here

五自由度機器人創(chuàng)新之處 五自由度機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計篇四

行事自由度具體事例

（英語課代表jack與英語老師）

1,、坐以待斃：

開學(xué)第一天英語課代表jack聽從英語老師吩咐，布置作業(yè)：課課練第一課時,，背今天所學(xué)單詞,。

2、詢問做什么：

開學(xué)第二天jack問：今天是做課課練第二課時和繼續(xù)背單詞嗎,？英語老師說是的,。

3、提出建議,，然后執(zhí)行經(jīng)過討論的行動計劃：

jack建議英語老師不如第二天抽學(xué)生背單詞,，這樣可以提高效率，英語老師同意了,。以后jack每次布置作業(yè)時會提醒大家抓緊時間背單詞,。

4、采取行動,，但同時立即告知：

jack以后每次布置作業(yè)的時候,，主要以課課練和背書為主，并立即去辦公室告訴老師今天布置了什么作業(yè),。

5,、獨立行動，做例行匯報：

英語老師對jack說以后作業(yè)你根據(jù)同學(xué)的情況酌情布置,，但每天課課練必須做,，單次必須背,，等課課練寫完了你再跟我說。

2個月后,，課課練寫完了,，jack向英語老師匯報，英語老師分配新的作業(yè)任務(wù),。

五自由度機器人創(chuàng)新之處 五自由度機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計篇五

五.智能機器人的主要類型

引言：

機器人技術(shù)的發(fā)展是一個國家高科技水平和工業(yè)自動化程度的重要標(biāo)志和體現(xiàn),。機器人在當(dāng)前生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，正在替代人發(fā)揮著日益重要的作用,。隨著計算機,、微電子、信息技術(shù)的快速進步,，機器人技術(shù)的開發(fā)速度越來越快,，智能度越來越高，應(yīng)用范圍也得到了極大的擴展,。在海洋開發(fā),、宇宙探測、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),、軍事、社會服務(wù),、娛樂等各個領(lǐng)域,，機器人都有著廣闊的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。機器人正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展,。

一．智能機器人的定義

智能機器人之所以叫智能機器人,，這是因為它有相當(dāng)發(fā)達的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器,，這種計算機跟操作它的人有直接的聯(lián)系,。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作,。正因為這樣,，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同,。

廣泛意義上理解所謂的智能機器人,，它給人的最深刻的印象是一個獨特的進行自我控制的“活物”。其實,，這個自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復(fù)雜,。

智能機器人具備形形色色的內(nèi)部信息傳感器和外部信息傳感器，如視覺,、聽覺,、觸覺、嗅覺。除具有感受器外,，它還有效應(yīng)器,，作為作用于周圍環(huán)境的手段。這就是筋肉,，或稱自整步電動機,，它們使手、腳,、長鼻子,、觸角等動起來。

二． 智能機器人要具備的主要要素

（一）是感覺要素,，用來認(rèn)識周圍環(huán)境狀態(tài),；感覺要素包括能感知視覺、接近,、距離等的非接觸型傳感器和能感知力,、壓覺、觸覺等的接觸型傳感器,。這些要素實質(zhì)上就是相當(dāng)于人的眼,、鼻、耳等五官,，它們的功能可以利用諸如攝像機,、圖像傳感器、超聲波傳成器,、激光器,、導(dǎo)電橡膠、壓電元件,、氣動元件,、行程開關(guān)等機電元器件來實現(xiàn)。

（二）是運動要素,，對外界做出反應(yīng)性動作,；對運動要素來說，智能機器人需要有一個無軌道型的移動機構(gòu),，以適應(yīng)諸如平地,、臺階、墻壁,、樓梯,、坡道等不同的地理環(huán)境。它們的功能可以借助輪子,、履帶,、支腳,、吸盤、氣墊等移動機構(gòu)來完成,。在運動過程中要對移動機構(gòu)進行實時控制,，這種控制不僅要包括有位置控制，而且還要有力度控制,、位置與力度混合控制,、伸縮率控制等

（三）是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息,，思考出采用什么樣的動作,。智能機器人的思考要素是三個要素中的關(guān)鍵，也是人們要賦予機器人必備的要素,。思考要素包括有判斷,、邏輯分析、理解等方面的智力活動,。這些智力活動實質(zhì)上是一個信息處理過程,，而計算機則是完成這個處理過程的主要手段。

三．智能機器人關(guān)鍵技術(shù) 1.多傳感器信息融合

多傳感器信息融合技術(shù)是近年來十分熱門的研究課題,，它與控制理論,、信號處理、人工智能,、概率和統(tǒng)計相結(jié)合,，為機器人在各種復(fù)雜、動態(tài),、不確定和未知的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)提供了一種技術(shù)解決途徑,。

2.導(dǎo)航與定位

在機器人系統(tǒng)中,，自主導(dǎo)航是一項核心技術(shù),，是機器人研究領(lǐng)域的重點和難點問題。.路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃技術(shù)是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支,。最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準(zhǔn)則（如工作代價最小,、行走路線最短、行走時間最短等）,，在機器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài),、可以避開障礙物的最優(yōu)路徑。.機器人視覺

視覺系統(tǒng)是自主機器人的重要組成部分,，一般由攝像機,、圖像采集卡和計算機組成。機器人視覺系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取,、圖像的處理和分析,、輸出和顯示,，核心任務(wù)是特征提取、圖像分割和圖像辨識,。智能控制

隨著機器人技術(shù)的發(fā)展,，對于無法精確解析建模的物理對象以及信息不足的病態(tài)過程，傳統(tǒng)控制理論暴露出缺點,，近年來許多學(xué)者提出了各種不同的機器人智能控制系統(tǒng),。人機接口技術(shù)

智能機器人的研究目標(biāo)并不是完全取代人，復(fù)雜的智能機器人系統(tǒng)僅僅依靠計算機來控制目前是有一定困難的,，即使可以做到,，也由于缺乏對環(huán)境的適應(yīng)能力而并不實用。智能機器人系統(tǒng)還不能完全排斥人的作用,，而是需要借助人機協(xié)調(diào)來實現(xiàn)系統(tǒng)控制,。因此，設(shè)計良好的人機接口就成為智能機器人研究的重點問題之一,。四.智能機器人的主要分類

（一）.按功能分類 1.傳感型機器人

也外部受控機器人,。機器人的本體上沒有智能單元只有執(zhí)行機構(gòu)和感應(yīng)機構(gòu)，它具有利用傳感信息（包括視覺,、聽覺,、觸覺、接近覺,、力覺和紅外,、超聲及激光等）進行傳感信息處理、實現(xiàn)控制與操作的能力,。受控于外部計算機,，目前機器人世界杯的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。

2.自主型機器人

在設(shè)計制作之后,，機器人無需人的干預(yù),，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項擬人任務(wù)。自主型機器人的本體上具有感知,、處理,、決策、執(zhí)行等模塊,，可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題,。許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。智能機器人的研究從60年代初開始,，經(jīng)過幾十年的發(fā)展,，目前，基于感覺控制的智能機器人(又稱第二代機器人)已達到實際應(yīng)用階段,，基于知識控制的智能機器人(又稱自主機器人或下一代機器人)也取得較大進展,，已研制出多種樣機,。

3.交互型機器人

機器人通過計算機系統(tǒng)與操作員或程序員進行人－機對話，實現(xiàn)對機器人的控制與操作,。雖然具有了部分處理和決策功能，能夠獨立地實現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃,、簡單的避障等功能，但是還要受到外部的控制,。

（二）.按智能程度分類

1.工業(yè)機器人

只能死板地按照人給它規(guī)定的程序工作，不管外界條件有何變化,，自己都不能對程序也就是對所做的工作作相應(yīng)的調(diào)整。如果要改變機器人所做的工作,，必須由人對程序作相應(yīng)的改變,，因此它是毫無智能的,。2.初級智能機器人 具有象人那樣的感受，識別,，推理和判斷能力?？梢愿鶕?jù)外界條件的變化,，在一定范圍內(nèi)自行修改程序，也就是它能適應(yīng)外界條件變化對自己怎樣作相應(yīng)調(diào)整,。不過，修改程序的原則由人預(yù)先給以規(guī)定,，這種初級智能機器人已擁有一定的智能,。3.高級智能機器人

具有感覺，識別,，推理和判斷能力，同樣可以根據(jù)外界條件的變化,，在一定范圍內(nèi)自行修改程序。所不同的是,，修改程序的原則不是由人規(guī)定的，而是機器人自己通過學(xué)習(xí),，總結(jié)經(jīng)驗來獲得修改程序的原則。所以它的智能高出初能智能機器人,。這種機器人已擁有一定的自動規(guī)劃能力,，能夠自己安排自己的工作,。這種機器人可以不要人的照料,，完全獨立的工作，故稱為高級自律機器人,。這種機器人也開始走向?qū)嵱谩Ｎ澹?dāng)今智能機器人的主要類型

1,、工業(yè)生產(chǎn)型機器人

現(xiàn)階段，“機器換人”觀念已經(jīng)越來越多的獲得生產(chǎn),、加工型企業(yè)的青睞,，工業(yè)機器人由操作機（機械本體）,、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)工成,，是一種仿人操作、自動控制,、可重復(fù)編程,、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種,、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定,、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率,，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動,，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力,，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高,、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物,，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備,。

2、日本擬在特殊災(zāi)害現(xiàn)場使用機器人

該技術(shù)主要針對核電站事故,、nbc（核、生物,、化學(xué)）恐怖襲擊等情況。遠程操控機器人裝有輪帶,，可以跨過瓦礫測定現(xiàn)場周圍的輻射量、細菌,、化學(xué)物質(zhì),、有毒氣體等狀況并將數(shù)據(jù)傳給指揮中心,。指揮者可以根據(jù)數(shù)據(jù)選擇污染較少的進入路線。現(xiàn)場人員將攜帶測定輻射量,、呼吸、心跳,、體溫等數(shù)據(jù)的機器開展活動,。這些數(shù)據(jù)將即時傳到指揮中心,，一旦發(fā)現(xiàn)有中暑危險或測定精神壓力、發(fā)現(xiàn)危險性較高時可立刻指揮撤退,。

3、醫(yī)用膠囊內(nèi)鏡機器人

外形與普通膠囊無異的“膠囊內(nèi)鏡機器人”,，由上海安翰醫(yī)療技術(shù)有限公司和安翰光電技術(shù)（武漢）有限公司研發(fā)，采用了國際首創(chuàng)的遙控膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng),。通過這個系統(tǒng)，醫(yī)生可以通過軟件來控制膠囊機器人在胃內(nèi)的運動,，改變膠囊姿態(tài)，按照需要的角度對病灶重點拍攝照片,，從而達到全面觀察胃黏膜并做出診斷的目的,。在這個過程中,，圖像被無線傳輸至便攜記錄器，數(shù)據(jù)導(dǎo)出后,，還可繼續(xù)回放以提高診斷的準(zhǔn)確率。這與傳統(tǒng)胃鏡相比,，具有數(shù)據(jù)采集更加精確、完全無痛苦,、一次性使用無交叉感染等優(yōu)勢。截至目前，共有321位患者志愿同意并參與磁控膠囊內(nèi)鏡臨床研究,。通過對研究結(jié)果的初步分析，證明了遙控膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)使用安全,，診斷準(zhǔn)確率達到92.8%，這對提高百姓消化道健康檢查和消化道早期疾病發(fā)現(xiàn)比例,，降低惡性消化道疾病的晚期發(fā)病率具有重要意義。

4,、達芬奇高清晰三維成像機器人

“達芬奇”機器人全稱為達芬奇高清晰三維成像機器人手術(shù)系統(tǒng)。達芬奇手術(shù)機器人是目前世界范圍應(yīng)用廣泛的最先進的微創(chuàng)外科手術(shù)系統(tǒng),，適合普外科、泌尿外科,、心血管外科,、胸外科、婦科,、五官科、小兒外科等進行微創(chuàng)手術(shù),。這是當(dāng)今全球唯一獲得fda批準(zhǔn)應(yīng)用于外科臨床治療的智能內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)。自2000年開始投入臨床應(yīng)用,，我國于2006年由北京解放軍總醫(yī)院率先引入,。500多年前,，達芬奇就設(shè)計了機器人的雛形,。共有三大組成部分，1.按人體工程學(xué)設(shè)計的醫(yī)生操作系統(tǒng),；2.擁有3個器械臂和1個鏡頭臂組成的4臂床旁機械臂系統(tǒng),；3.高清晰三維視頻成像系統(tǒng),。

5,、“阿爾法”智能人形機器人

2014年9月下旬，一場在北京工人體育館進行的足球比賽,，讓一對機器人球迷借此走紅，而它們也擁有一個別具深意的名字,，即“阿爾法”。其為深圳優(yōu)必選科技有限公司研發(fā)的機器人產(chǎn)品之一,，公司內(nèi)部稱其為“阿爾法”,，而這款機器人具有編輯動作等智能化的擴展學(xué)習(xí)能力，是一款不折不扣的智能型機器人,?？偨Y(jié)： 機器人是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，集成了運動學(xué)與動力學(xué),、機械設(shè)計與制造、計算機硬件與軟件,、控制與傳感器、模式識別與人工智能等學(xué)科領(lǐng)域的先進理論與技術(shù),。同時,，它又是又是一類典型的自動化機器，是專用自動機器,、數(shù)控機器的延伸與發(fā)展,。當(dāng)前，社會需求和技術(shù)進步都對機器人向智能化發(fā)展不斷提出了新的要求,。