考虑重力的液压重载机械臂模型修正应用研究

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作者 杨柳松 郝兵 +2 位作者 胡同海 郭勤涛 陶言和 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期380-384,415,共6页

液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整... 液压重载机械臂工作时由重力引起的预应力刚化对于整体结构的仿真分析具有显著的影响,针对此问题,提出了一种考虑预应力刚化的计算模态分析方法和基于径向基函数代理模型的有限元模型修正方法。以某型液压重载机械臂为研究对象,建立整体复杂结构的有限元模型及其预应力刚化模态频率的代理模型,以多个工况试验模态分析结果为目标,基于全局优化算法实现了整体结构的模型修正。对试验修正后的模型开展了应变响应预测,验证了模型的预测能力。研究结果表明,所提方法不仅提高了模型复现修正响应的能力,而且能够准确预测未修正的响应,从而验证了方法的可行性,为重载机械臂的自动控制和优化设计提供了精确动力学模型。 展开更多

关键词 液压重载机械臂 预应力刚化 模型修正 响应预测

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考虑动态倾覆稳定性的液压重载机械臂路径规划方法

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作者 宋泽鹏 刘放 黄陶陶 《机械传动》 北大核心 2024年第5期41-47,共7页

针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机... 针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机械臂的关节空间内进行路径规划。以7个关节变量组成的七维数组作为采样点,结合正运动学与力矩法建立机械臂的动态倾覆稳定性计算模型,利用双采样点择优原则,选择其在对应位姿下抗倾覆稳定力矩最优的随机点作为采样点,以增强算法的启发性。在Matlab平台进行的仿真实验表明,改进RRT算法规划路径的倾覆裕度在3种典型工况下分别提升了37%、28%和38%,有效地改善了液压重载机械臂作业平台的抗倾覆稳定性。 展开更多

关键词 液压重载机械臂 动态倾覆稳定性 改进快速扩展随机树算法 路径规划

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液压重载机械臂动力学参数辨识及前馈控制

3

作者 李照星 刘楠 王收军 《天津理工大学学报》 2024年第4期63-68,共6页

以全液压驱动的七自由度重载机械臂为研究对象,首先根据牛顿-欧拉迭代算法建立七自由度液压重载机械臂的动力学方程并线性化处理,得到由关节运动状态、关节力矩值和最小惯性参数集组成的线性表达式;然后将机械臂按照改进的有限项傅里叶... 以全液压驱动的七自由度重载机械臂为研究对象,首先根据牛顿-欧拉迭代算法建立七自由度液压重载机械臂的动力学方程并线性化处理,得到由关节运动状态、关节力矩值和最小惯性参数集组成的线性表达式;然后将机械臂按照改进的有限项傅里叶级数激励的轨迹模型进行工作实验,把实验中采集到的运动数据带入线性化处理后的动力学方程中,通过最小二乘法完成待辨识参数的计算并进行验证;最后用辨识出的动力学参数构建更为准确的液压重载机械臂的动力学模型,并制定基于动力学模型的力矩前馈补偿控制策略,同时与传统三环比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制方法进行实验对比分析,验证说明基于动力学模型的前馈控制机制能有效提高液压重载机械臂的轨迹跟踪精度。 展开更多

关键词 重载机械臂 动力学 参数辨识 前馈控制

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多连杆锻造重载机械臂运行轨迹分析及算法研究

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作者 师文涛 马广龙 +3 位作者 何雪龙 张旭 安建军 马建 《锻压装备与制造技术》 2024年第2期29-32,共4页

针对多连杆机械臂在运动轨迹计算繁杂,解析计算难度较大的问题,提出采取复数矢量法进行计算,在MATLAB中求解机械臂的末端轨迹,并在ADAMS中对多连杆机械臂建立运动学和动力学模型,完成仿真分析,验证理论计算的轨迹。

关键词 重载机械臂 运动轨迹 复数矢量法 ADAMS 多连杆锻造

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基于重载机械臂的结构优化设计

5

作者 刘江 《现代制造技术与装备》 2024年第7期66-68,共3页

基于重载机械臂的结构优化设计,通过多次优化,成功降低了机械臂应力集中的现象,提高了其强度和可靠性。通过改变圆角尺寸、台阶位置和结构等特征,成功地将机械臂的等效应力降低了34.4%。这一优化设计为重载机械臂的安全运行提供了重要... 基于重载机械臂的结构优化设计,通过多次优化,成功降低了机械臂应力集中的现象,提高了其强度和可靠性。通过改变圆角尺寸、台阶位置和结构等特征,成功地将机械臂的等效应力降低了34.4%。这一优化设计为重载机械臂的安全运行提供了重要支持。 展开更多

关键词 重载机械臂 结构优化 腕部平摆关节

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托卡马克遥操作重载机械臂旋转关节工程研究

6

作者 白晓伟 姚达毛 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期270-276,共7页

面向国际热核聚变实验堆(ITER)托卡马克装置内部遥操作维护的需求,为破解遥操作系统中多功能重载机械臂系统研发风险大的困境,选取了多功能重载机械臂受力最为苛刻的旋转关节作为研究对象,提出了面向核环境的旋转关节工程设计方案。该... 面向国际热核聚变实验堆(ITER)托卡马克装置内部遥操作维护的需求,为破解遥操作系统中多功能重载机械臂系统研发风险大的困境,选取了多功能重载机械臂受力最为苛刻的旋转关节作为研究对象,提出了面向核环境的旋转关节工程设计方案。该方案设计了一种可承受大扭矩和冲击载荷的关节传动链,提出了可承载大弯矩和剪切力的旋转关节末端补偿支撑方案,给出了一种在有限空间内使用的特定旋转角度的线缆拖链概念方案。 展开更多

关键词 核聚变堆维护 遥操作 重载机械臂 旋转关节 工程研究

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托卡马克遥操作多功能重载机械臂旋转关节救援机构研究

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作者 白晓伟 姚达毛 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期424-428,共5页

以多功能重载机械臂中的关键旋转关节潜在的故障为对象,开展关节救援机构的研究。分析了该关节救援机构的概念设计,针对可能的故障提出了一种切实可行的救援机构设计方案。按照简洁、模块化的设计原则,综合考虑救援机构概念设计、救援... 以多功能重载机械臂中的关键旋转关节潜在的故障为对象,开展关节救援机构的研究。分析了该关节救援机构的概念设计,针对可能的故障提出了一种切实可行的救援机构设计方案。按照简洁、模块化的设计原则,综合考虑救援机构概念设计、救援工况需求和旋转关节内部的空间布局,设计了以救援减速箱机构和电机抱闸开启机构为主体的关节救援机构,同时明确了该关节的救援操作流程。 展开更多

关键词 核聚变 托卡马克维护 遥操作 多功能重载机械臂 旋转关节 救援机构

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矿山液压重载机械臂远程控制器与滤波器设计 被引量：2

8

作者 周晟刚 《液压气动与密封》 2023年第11期78-83,共6页

在智能矿山液压重载机械臂的控制中,如果要实现远程控制,当前的控制器很容易受到外部随机噪声干扰,出现机械臂动作脱离控制的情况。为此,提出一种矿山液压重载机械臂远程控制器与滤波器设计方法。基于导线、控制器、收发器与终端电阻设... 在智能矿山液压重载机械臂的控制中,如果要实现远程控制,当前的控制器很容易受到外部随机噪声干扰,出现机械臂动作脱离控制的情况。为此,提出一种矿山液压重载机械臂远程控制器与滤波器设计方法。基于导线、控制器、收发器与终端电阻设计矿山液压重载机械臂CAN控制器,结合Gabor框架及傅里叶变换设计CAN通信控制器信号采集方法。通过引入小波包变换方法设计一种滤波器,使用滤波器对机械臂通信信号进行干扰滤波,保证远程通信控制信号的准确性。实验结果表明:研究的滤波输出方法能够有效提高远程通信控制信号的信噪比,降低信号的滤波输出延时,提高矿山液压重载机械臂之间的通信控制能力。 展开更多

关键词 矿山液压重载机械臂 机械臂远程控制 CAN通信信号 信号滤波

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重载机械臂对未知载荷参数的补偿控制 被引量：9

9

作者 罗天洪 张剑 +1 位作者 陈才 马翔宇 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第5期171-174,共4页

为了研究机械臂在载荷参数未知,尤其在所持载荷较大的情况下,对机械臂的位姿精确控制问题。利用牛顿—欧拉方程建立重载机械臂系统的动力学方程,以此为基础,设计一种基于标称计算力矩控制器加滑模神经网络补偿器的复合控制方案,用来控... 为了研究机械臂在载荷参数未知,尤其在所持载荷较大的情况下,对机械臂的位姿精确控制问题。利用牛顿—欧拉方程建立重载机械臂系统的动力学方程,以此为基础,设计一种基于标称计算力矩控制器加滑模神经网络补偿器的复合控制方案,用来控制机械臂末端执行器夹持载荷参数未知且载荷大的情况,即通过滑模神经网络来补偿由于系统未知参数对标称计算力矩的误差影响,以确保存在未知参数和较大惯性的情况下整个控制系统的渐进稳定性。该方法能够有效地控制重载机械臂系统的位姿。于此同时,此方法具有系统动力学方程不要求系统惯性系数呈线性函数关系的显著优点。通过仿真研究表明该方法的有效性。 展开更多

关键词 重载机械臂 参数未知 滑模神经网络 机械臂控制

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数字阀控重载机械臂液压同步举升系统设计与仿真 被引量：1

10

作者 何谦 《轻工科技》 2014年第1期36-37,共2页

针对以模拟阀为核心的电液控制技术的不足,设计高速开关数字阀先导控制大流量插装阀的重载机械臂液压闭环同步举升系统,方便计算机直接控制。基于AMESim工程系统高级建模和仿真平台,对该系统进行建模和仿真,仿真结果不仅表明该方案切实... 针对以模拟阀为核心的电液控制技术的不足,设计高速开关数字阀先导控制大流量插装阀的重载机械臂液压闭环同步举升系统,方便计算机直接控制。基于AMESim工程系统高级建模和仿真平台,对该系统进行建模和仿真,仿真结果不仅表明该方案切实可行,所获得的系统动态特性和关键参数更为方案的优化指明了方向。 展开更多

关键词 重载机械臂 高速开关数字阀 同步控制 AMESIM

原文传递

基于响应面法的重载机械臂优化设计 被引量：5

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作者 徐赛华 张高峰 +1 位作者 杨秀萍 王收军 《制造业自动化》 CSCD 北大核心 2022年第4期70-72,98,共4页

对重载机械臂的三种典型工况进行有限元静力学分析,得到最危险工况。在满足强度和刚度的条件下,以伸缩臂轻量化为目标,对其截面尺寸进行优化。根据Box-Behnken试验方法对截面尺寸进行三因素三水平设计参数组合,采用含有交叉项的二次多... 对重载机械臂的三种典型工况进行有限元静力学分析,得到最危险工况。在满足强度和刚度的条件下,以伸缩臂轻量化为目标,对其截面尺寸进行优化。根据Box-Behnken试验方法对截面尺寸进行三因素三水平设计参数组合,采用含有交叉项的二次多项式构建响应面函数,利用最小二乘法进行回归,分析各参数与响应面的关系,得到截面最优参数组合。采用ADAMS软件对重载机械臂刚柔耦合运动轨迹进行仿真。结果表明:伸缩臂优化后质量减轻了65.1kg,重载机械臂末端轨迹总误差减小了6.1mm,验证了响应面优化结果的可行性。 展开更多

关键词 重载机械臂 有限元分析 响应面法 优化设计

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基于扩张观测器的重载机械臂自适应鲁棒控制 被引量：3

12

作者 常景岚 张高峰 +2 位作者 曹秀芳 杨秀萍 王收军 《制造业自动化》 CSCD 北大核心 2022年第5期46-50,共5页

重载机械臂电液伺服系统具有高度非线性和模型不确定性的特点,且受摩擦影响大,为使其具有良好的跟踪性能和抗干扰能力,建立了包含Stribeck摩擦模型的重载机械臂俯仰缸电液伺服系统数学模型,提出了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统... 重载机械臂电液伺服系统具有高度非线性和模型不确定性的特点,且受摩擦影响大,为使其具有良好的跟踪性能和抗干扰能力,建立了包含Stribeck摩擦模型的重载机械臂俯仰缸电液伺服系统数学模型,提出了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统自适应鲁棒控制策略。将扩张状态观测器和采用反演法设计的自适应鲁棒控制器相融合,对系统中存在的不匹配干扰和未知参数进行估计,并利用Lyapunov定理对系统稳定性进行分析证明。通过MATLAB仿真验证,表明该控制策略能够准确跟踪系统指令并估计出非匹配干扰。与传统自适应鲁棒控制策略相比,该控制器可以有效抑制变负载和未知扰动的影响,有效提高了电液伺服系统的控制精度,能够满足重载机械臂的设计要求。 展开更多

关键词 重载机械臂 电液伺服系统 自适应鲁棒控制 扩张状态观测器

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重载机械臂转速排量复合控制电动静液作动系统设计与仿真 被引量：1

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作者 赵天鸿 郭津津 +2 位作者 张高峰 曹秀芳 王收军 《机床与液压》 北大核心 2021年第21期164-168,共5页

主要研究转速和排量复合控制电动静液作动器(EHA-VSVP)系统在重载机械臂中的应用。在满足重载机械臂需求的基础上,利用AMESim和MATLAB建立液压系统和控制系统的仿真模型。为解决系统存在的相乘非线性耦合问题,使用分配解耦的控制策略,配... 主要研究转速和排量复合控制电动静液作动器(EHA-VSVP)系统在重载机械臂中的应用。在满足重载机械臂需求的基础上,利用AMESim和MATLAB建立液压系统和控制系统的仿真模型。为解决系统存在的相乘非线性耦合问题,使用分配解耦的控制策略,配合AMESim和MATLAB的联合仿真技术对系统进行仿真分析,从阶跃响应和正弦响应的角度探究系统的稳定性。仿真结果表明:所设计的EHA-VSVP系统原理正确,满足性能需求。该系统所使用的控制策略可以很好地解决相乘非线性问题,且权重分配具有一定的理论依据,可以满足控制需求。 展开更多

关键词 重载机械臂 电动静液作动器 分配解耦控制 联合仿真

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液压重载机械臂双泵并联EHA-VS控制系统的分析与仿真 被引量：2

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作者 赵天鸿 郭津津 +3 位作者 曹秀芳 常景岚 杨秀萍 王收军 《天津理工大学学报》 2020年第6期1-7,共7页

为了满足液压重载机械臂连续运动时所需的流量,降低无效功率的损耗,研究双泵并联EHA-VS控制系统的特性.基于AMESim平台,建立系统仿真模型,通过对斜盘式轴向柱塞泵的仿真分析,得出流量和电机转速的关系.完成系统整体参数的设定,预设预期... 为了满足液压重载机械臂连续运动时所需的流量,降低无效功率的损耗,研究双泵并联EHA-VS控制系统的特性.基于AMESim平台,建立系统仿真模型,通过对斜盘式轴向柱塞泵的仿真分析,得出流量和电机转速的关系.完成系统整体参数的设定,预设预期流量值进行仿真,运用PID控制器对参数进行调整.采用永磁同步电机(PMSM),根据流量需求实时调整电机转速,提高响应效率.仿真分析表明:使用调节伺服电机转速从而控制系统流量的方法,可以较精准的对流量进行实时调控.研究结果可对双泵并联EHA-VSVP系统的研究提供一定的理论依据. 展开更多

关键词 液压重载机械臂 AMESim 斜盘式轴向柱塞泵 永磁同步电机

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基于MATLAB的7自由度液压重载机械臂的工作空间分析 被引量：4

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作者 毛龙锐 薛涛 +5 位作者 曹秀芳 刘楠 郝兵 胡同海 杨柳松 王收军 《天津理工大学学报》 2020年第3期40-44,共5页

设计了一种新型的7自由度液压重载机械臂装置,该机械臂装置用于更换和安装大型磨机衬板,针对7自由度液压重载机械臂,首先在三维软件完成对机械臂的结构设计,利用D-H坐标法完成对机械臂的运动学建模,在MATLAB编制驱动函数完成运动学仿真... 设计了一种新型的7自由度液压重载机械臂装置,该机械臂装置用于更换和安装大型磨机衬板,针对7自由度液压重载机械臂,首先在三维软件完成对机械臂的结构设计,利用D-H坐标法完成对机械臂的运动学建模,在MATLAB编制驱动函数完成运动学仿真,能够得出机械臂在空间中的运动轨迹并且能够验证运动学模型的正确性.在运动模型建立正确的基础上,借助软件利用蒙特卡洛法能够分析出机械臂末端执行机构的工作空间云图,得到执行机构的极限工作位姿,为机械臂在实际中的应用提供了理论依据. 展开更多

关键词 重载机械臂 结构设计 运动学 MATLAB 蒙特卡洛法

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面向聚变堆维护的重载机械臂CMOR运动学算法设计及仿真 被引量：1

16

作者 赵中旭 潘洪涛 +1 位作者 程勇 樊玉琦 《机械研究与应用》 2021年第3期16-20,共5页

CMOR是一种应用于未来聚变堆部件维护的9自由度冗余重载机械臂系统首先介绍了重载机械臂构型,利用D-H法建立冗余重载机械臂坐标系,对机械臂的正运动学和逆运动学进行求解并在Matlab完成仿真;然后基于蒙特卡罗法在Matlab中计算了机械臂... CMOR是一种应用于未来聚变堆部件维护的9自由度冗余重载机械臂系统首先介绍了重载机械臂构型,利用D-H法建立冗余重载机械臂坐标系,对机械臂的正运动学和逆运动学进行求解并在Matlab完成仿真;然后基于蒙特卡罗法在Matlab中计算了机械臂的工作空间,仿真结果显示可达空间满足±45°要求;最后针对重载臂稳定运动要求,对机械臂关节空间进行规划轨迹并在Matlab中进行验证,仿真结果显示机械臂末端轨迹平滑,满足要求,为下一步的遥操作维护机械臂的轨迹规划等问题提供了理论依据,这对聚变反应装置的维护具有重要意义。 展开更多

关键词 冗余重载机械臂 结构设计 工作空间 蒙特卡罗法

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重载机械臂控制系统设计与研究 被引量：4

17

作者 苏霄 《制造技术与机床》 北大核心 2021年第12期55-61,共7页

当前重载机械臂控制中存在由于重载产生的刚柔耦合及人机交互性差等问题。对此,基于动力学模型设计了人机交互闭环力/位控制算法,并根据该算法对重载机械臂7自由度控制系统进行设计研究。首先在国内外重载机械臂工作特性及存在问题深入... 当前重载机械臂控制中存在由于重载产生的刚柔耦合及人机交互性差等问题。对此,基于动力学模型设计了人机交互闭环力/位控制算法,并根据该算法对重载机械臂7自由度控制系统进行设计研究。首先在国内外重载机械臂工作特性及存在问题深入分析的基础上,为增强系统的人机交互特性,提出了基于力/视觉反馈的人机交互方式。其次为解决刚柔耦合产生的控制问题,建立了刚柔耦合动力学模型,提出了重载机械臂力/位闭环控制算法。最终建立了包括环境感知子系统、信息处理子系统、驱动子系统、通信子系统及人际交互子系统5部分的重载机械臂控制系统。在此基础上,对重载机械臂控制系统进行作业试验。由试验结果可知,该控制系统满足人机交互作业功能,较传统重载机械臂控制系统,作业效率提高了70%,作业人员的安全性得到了有效保障。此外该控制系统具有良好的适用性及人机交互友好性。 展开更多

关键词 人机交互 重载机械臂 动力学模型 闭环控制 力/视觉反馈

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盾构机换刀重载机械臂结构设计与动力学分析 被引量：3

18

作者 吴青考 李庆党 李超 《机械设计与制造工程》 2020年第12期16-20,共5页

为解决盾构机磨损滚刀的自动化更换难题,设计了一种七自由度重载机械臂,该机械臂可用于直径为6.28 m的土压平衡式盾构机的自动化换刀系统。通过分析机械臂的设计依据,利用UG设计了七自由度机械臂的三维结构,完成了对机械臂主要动力部件... 为解决盾构机磨损滚刀的自动化更换难题,设计了一种七自由度重载机械臂,该机械臂可用于直径为6.28 m的土压平衡式盾构机的自动化换刀系统。通过分析机械臂的设计依据,利用UG设计了七自由度机械臂的三维结构,完成了对机械臂主要动力部件的设计与选型,并通过对处于盾构机三维模型内部极限换刀位姿下的机械臂进行空间装配验证,确定了机械臂的工作范围。利用ADAMS软件创建了机械臂的虚拟样机模型,对机械臂于刀箱中抽取滚刀的动作过程进行运动学仿真,得到机械臂的运动特性参数,验证了机械臂结构设计的可行性和合理性。 展开更多

关键词 盾构机 重载机械臂 自动化换刀 运动学仿真

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基于ROS的液压重载机械臂避障仿真 被引量：3

19

作者 霍寒旭 袁昌耀 +3 位作者 曹秀芳 杨秀萍 乔志峰 王收军 《天津理工大学学报》 2020年第3期36-39,共4页

为实现液压重载机械臂的运动轨迹规划,采用SolidWorks建立了七自由度机械臂空间结构模型,通过ROS平台的URDF文件建立仿真模型.使用MoveIt实现运动规划,借助快速扩展随机树算法(RRT)进行机械臂的路径规划,得到机械臂各关节位移随时间变... 为实现液压重载机械臂的运动轨迹规划,采用SolidWorks建立了七自由度机械臂空间结构模型,通过ROS平台的URDF文件建立仿真模型.使用MoveIt实现运动规划,借助快速扩展随机树算法(RRT)进行机械臂的路径规划,得到机械臂各关节位移随时间变化的曲线.仿真结果表明机械臂在障碍物环境中实现了自动避障,该方法为在复杂障碍环境下进一步改进规划算法提供了直观便捷的方法. 展开更多

关键词 液压重载机械臂 避障 ROS RRT算法

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基于PSO优化算法的重载机械臂载荷参数自动控制方法 被引量：2

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作者 李佳兵 王茜 +3 位作者 高紫韵 李欢 刘欣 郭培鑫 《中阿科技论坛（中英文）》 2020年第2期52-54,共3页

伴随着不断加快的工业化进程,机械臂因其精度高、灵活性高的优良特性被广泛应用于各种复杂的工业作业中,重载机械臂不仅要有足够的负载能力,还需要更高的精准度,以便于作业中精准的安装。基于此,加入PSO优化算法,对重载机械臂载荷参数... 伴随着不断加快的工业化进程,机械臂因其精度高、灵活性高的优良特性被广泛应用于各种复杂的工业作业中,重载机械臂不仅要有足够的负载能力,还需要更高的精准度,以便于作业中精准的安装。基于此,加入PSO优化算法,对重载机械臂载荷参数自动控制系统在硬件及软件方面进行新的设计,并通过与传统载荷控制系统进行对比结果表明新的系统更加精准、有效。 展开更多

关键词 PSO优化算法 重载机械臂 载荷参数 自动控制

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