基于D—H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真
基于ADAMS的飞机表面清洗臂动力学分析及仿真
基于ADAMS 的飞机表面清洗臂动力学仿真与分析金玉阳1,2,张明路1,姚锦博2，于常娟1(1.河北工业大学，天津 300130；2.中国民航大学机器人研究所，天津300300）摘要：针对五自由度的飞机表面清洗机械臂，利用Lagrange 方程建立了清洗臂的动力学模型，采用Solidworks 建立了该清洗臂的实体模型，将其导入到动力学分析软件Adams 中生成了虚拟样机，并进行了动力学仿真与分析，由此得出各关节转角和关节力矩的关系曲线，确定了关节所需的输入力矩。
这为机械臂的控制、关节驱动形式的确定提供了可靠依据。
关键词：机器人，运动学，动力学，ADAMS，拉格朗日方程 中图分类号：TP242 文献标识码：A基金项目：中央高校基本科研业务费中国民航大学专项资助（项目号：20001833）作者简介：金玉阳（1978‐），女，吉林省人，讲师，博士生，主要研究方向：机器人学。
引言飞机表面清洗机器人是飞机机身日常养护的重要装备，其中清洗臂作为飞机表面清洗机器人的核心部件，是一种典型的箱型臂架系统，其结构的合理性及动力学性能将直接影响整机的工作性能。
而近年来，由于机械臂控制技术和新型材料的发展，清洗臂朝着质量轻、精度高、速度快的方向发展，因此，这更加使得机械臂的动力学分析成为一项非常重要的内容。
机械臂的动力学研究方法很多，虽然采用这些方法的方程形式不同，但各种方法所建立的方程都是等价的[1]，且难以实现实时控制。
例如文献[2]，[3]，[4]对串联机械臂的结构设计和动力学进行了研究，文献[5]在螺旋理论的基础上采用拉格朗日方程建立可重构机器人的动力学方程，实现了力矩在不同坐标间的转换及末端执行器上的力与各关节力矩间的转换；文献[6]研究了在固定于船体的非惯性系中，利用拉格朗日法计算吊车系统的相对动能，考虑系统的惯性力，得到了旋臂运动和负载摆动的动力学方程；文献[7]用拉格朗日建立动力学方程，并用ADAMS 进行动力学仿真，得到各关节力矩。
四自由度模拟飞行复合平台运动学设计及仿真
1962 年美国工程师 Cappel 独立设计了用于飞行 模拟器的六自由度运动平台[1]。 国内哈尔滨工业大学、燕 山大学等高校陆续开展了六自由度飞行模拟器平台 的相关研究[2]。 但其存在体积庞大、工作空间小、控制 困难及成本较高等缺点，因此根据飞机实际飞行状态 （沿飞机横轴方向的移动可以忽略，沿纵轴方向的移 动可以通过视景系统的相对运动原理实现）， 得到一 个四自由度的复合平台，隶属于层叠式运动平台，应 用于低于真实模拟机运动平台、高于普通游戏机运动 平台的模拟飞行体验和多方位展台。
第 37 卷 第 6 期 ２０19 年 12 月
中国民航大学学报 JOURNAL OF CIVIL AVIATION UNIVERSITY OF CHINA
Vol.37 No.6 December 2019
四自由度模拟飞行复合平台运动学设计及仿真
董艇舰，李 化，桑 超
（中国民航大学航空工程学院，天津 300300）
解进行验证，两者结果一致,说明所求方程和仿真的正确性。 最后进行关节空间轨迹规划，仿真出 4 个关节
的位移、速度、加速度曲线，各条曲线均光滑连续，证明了四自由度复合平台轨迹的可行性。
关键词： 串联机器人；四自由度；前向运动学；反向运动学；飞行模拟机
中图分类号： V211.78；TP242
文献标志码： A
（College of Aeronautical Engineering, CAUC, Tianjin 300300, China）
Abstract: Aiming at the shortcomings of traditional six-degree-of-freedom flight simulation platform, a four-degree-offreedom composite motion platform is designed, which has lower cost, simpler structure, larger motion space and easier control. Basing on kinematics research, forward and inverse kinematics solution equations are derived by establishing spatial coordinate system and D-H parameters in combination with Euler transforming method. Matlab Robotics Toolbox is used to establish the platform mathematical model to verify the forward and reverse solutions. The consistent results of the two methods prove the correctness of the equations and simulation. Finally, joint space trajectory planning is carried out, simulating the displacement, velocity and acceleration curves of the four joints. The smooth and continuous curves verify the feasibility of the platform trajectory.
飞机表面清洗机器人结构设计与分析本科毕业论文
摘要毕业设计论文飞机表面清洗机器人结构设计与分析燕山大学本科生毕业设计（论文）摘要机器人化工程机械是机器人应用领域的一个重要发展方向，也是提升机械产品竞争力的一个重要手段。
目前国内外已经出现了许多机器人化的工程机械产品，带来了显著的经济效益和社会效益。
本文基于机器人化工程机械的设计思想，对飞机表面清洗年进行了机器人化研究，所研究设计的飞机表面清洗机器人属于特种作业机器人范畴，该机器人具有广阔的应用前景。
本文以飞机表面清洗机器人为研究对象，采用机器人技术、计算机仿真技术和多刚体动力学理论，对飞机表面清洗机器人若干关键技术问题进行了深入细致的分析和研究。
研究的主要内容包括以下几部分：1、论文系统综述了国内外机器人技术、飞机表面清洗技术的研究状况利发展趋势，在国内首次对机器人化飞机表面清洗车及其相关技术的研究现状和主要研究问题进行了深入分析，为飞机表面清洗机器人的进一步研究奠定了坚实的基础。
2、论文对飞机表面清洗机器人本体结构方案进行了研究和设计。
主要对机器人载车、手臂机械结构、整机动力性能及稳定性等关键技术进行了系统的研究。
飞机表面清洗机器人是飞机场重要的设备。
而臂架系统是飞机表面清洗机器人重要的工作部件之一，要求臂架系统具有较高的整体刚度和强度、良好的工作适应性和可靠性。
同时利用SolidWorks软件对机器人手臂最危险工况下的结构强度进行了有限元分析，确保了机器人结构设计的合理性。
可以说这项研究为机器人开辟了一个新的应用领域。
3、本文主要针对飞机表面清洗机器人臂架系统、回转机构等进行了设计，同时运用软件对飞机表面清洗机器人的结构进行了建模、运动仿真和结构分析。
利用SOLIDWORKS进行飞机表面清洗机器人的臂架、转塔、支腿的设计,建立了飞机表面清洗机器人的模型，并进行虚拟装配及运动仿真。
建立的几何模型为后续分析提供模型数据。
利用SOLIDWORKS建立的几何模型数据进行有限元分析，经过简化建立有限元模型，对部分重要结构进行了结构分析，提高了结构的强度及合理性。
五自由度机械臂的运动学分析
０
—
２ ０ １ ３ 年第 ２ １ 卷
ｓ ｉ ｎ ０ Ｌ２ Ｃ ＯＳ ０ ２ Βιβλιοθήκη ｓ ｉ ｎ ０ ０
一
０ Ｌ ２ ｓ ｉ ｎ ０ ２ １
０ ０
１
Ｃ Ｏ Ｓ ０ ３ ｓ ｉ ｎ ０ ３
Ａ ＝
０
３ ３ １
Ｏ
１ 基于 Ｄ ． Ｈ法 的机 械 臂 正 运 动 学 分 析
１ ． １ Ｄ — Ｈ 法 原 理
Ｓ ａ， １
０
１
１
１ ． ２ 五 自由度 串联机械 臂 的 Ｄ — Ｈ模 型
为计 算矩 阵 Ａ， 可 制作 一 张 关 节 和 连 杆参 数表（ 见表 １ ） ， 其 中每 个 连 杆 和关 节 的参 数值 可从 机器 人 的原 理 示 意 图 （ 见图 ２ ） 上确定 ， 并
题研究 之 中。
之 间 的相对平 移 和旋转 的齐 次变换 。对 于五 自 由度 串联 机 器人 ， 有Ｏ Ａ一 Ａ！ Ａ； Ａｉ Ａ２ Ａ 。 Ｏ Ｏ
０
Ｏ
１
Ｏ
０
按 Ｄ — Ｈ 法 将 １个 参 考 坐 标 系 变 换 到 下 １
。
个 参考 坐标 系 ， 可 通过 以下 ４步标 准转 换完成 ：
且 可将这 些参 数代 入 Ａ 矩 阵 。关 节 ｉ 为 转动关
节时， 关 节 角 是 一 个 变量 ， 其 他 ３个 连杆 参 数是 固定 不变 的［ ２ ］ 。通 常在运 动方程 中不 包含
末端 执行 器 。
２ ６
北京 石油化 工学 院学 报
Ｃ Ｏ Ｓ ０ ２ Ａ ＝ ＝ ｓ ｉ ｎ ０ ２
其 灵 活 工作 域 。 进一 步 采 用 ＡＤ ＡＭＳ进 行 逆 运 动 学 分 析 ， 代替代数反解计算 ， 可 方 便 获 得 指 定 路 径 对 应 的 各关 节转 角 曲 线 。 结果 表 明 基 于 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ和 ＡＤ Ａ Ｍ Ｓ的 运 动 仿 真 分 析 可 为 实 际 物 理 样 机 的研 制 提 供
基于D-H算法的自主机器人机械臂建模方法研究
１ １ ３
基于 Ｄ － Ｈ算法的 自主机器人机械臂建模方法研究
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｍａ ｎ ｉ ｐｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｄ－Ｈ Ａｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ Ａｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｍｏ ｕ ｓ Ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ
ｏ ｆ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： Ｄ—Ｈ， Ｋｉ ｎｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ， Ｉ ｎ ｖ ｅｒ ｓ ｅ Ｋｉ ｎｅ ｍａ ｔ ｉ ｃｓ Ｓｏｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
７ Ｄ
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０
重 要 的参 考 作 用 。 于 艳 秋 首 次 将 三 角 函 数 和 有 理 数 趋 近 实 数 理 论 应 用 到 机 械 臂 你 运 动 学 中 ，对 于 计 算 精 度 和处 理 异 常 运 算
的能 力 都 得 到 了 提 高 。张 智 等 创 新 地 应 用 了 免 疫 遗 传 算 法 理
程 发 散 。Ｐ ａ ｕ １ ． Ｒ ． Ｐ在 文 献 ［ ２ ］ 中 大量 使 用 矩 阵 逆 乘 运 算 ， 虽 然 过 程 比较 复 杂 ，但 是 这 种 解 析 算 法 对 机 械 臂 逆 运 动 学 的研 究 起 到
ｒ ｏ ｃ 一 ｓ ｅ
ｌ ０ ０
Ｄ
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海 大学 自强 机 器 人 竞 赛 队 开 发 的 自主 移动 机 器 人 。根 据 Ｄ— Ｈ 表示法 ， 机 器人 的 总变 换 矩 阵 Ａ 可 以表 示 如 式 （ １ ） ：
通用和修正D-H法在运动学建模中的应用分析
① 基 金项 目：“国科控 股技 术创 新 引导基 金”项 目一 数 控机床 用 机器 人研 发及 产业 化 收稿 时间 ：２０１５．０８．１７；收到 修改稿 时 间：２０１５．１０—１４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ研 究 开发 １ ９７
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ—ａ．ｏｒｇ．ｃｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｄ．Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｒｏｂｏｔ ｋｉｎｅｍ ａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ｉＳ ａ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｆ ｌａｗ，ｗｈｉｃｈ ｉＳ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｏｍ ｏｇｅｎｅｏｕｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｍ ａｔｒｉｘ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｄ－Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｍａｔｒｉｘ．ＳＯ ｔｈｅ ｍ ｏｄｅｌ ｗｅ ｇｅｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ，ａｎｄ ｗｅ ｃａｎｎｏｔ ａｎａｌｙｚｅ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄ—Ｈ ｍ ｅｔｈＯｄ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｄ —Ｈ，ａｎｄ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ｏｄｅｌｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｋｉｎｅｍ ａｔｉｃ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄ．Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ’ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍ ｏｄｉｆｉｅｄ Ｄ—Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ．ｔｈ ｅ ｃｏｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｋｉｎｅｍ ａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｔｈ ｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｄ ．Ｈ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ６．ＤＯＦ ｒｏｂｏｔ ｉＳ ｖｅｒｉｆｉｅｄ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｍ ｏｄｅｌ；Ｄ．Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ；ｍ ｏｄｉｆｌｅｄ Ｄ．Ｈ ｍ ｅｔｈｏｄ；ｋｉｎｅｍ ａｔｉｃｓ
基于D—H法的挖掘机工作装置运动学分析
运 动学软 件仿真时 ，描述挖掘机的运动规律
的函数 大多根 据经 验 和统计 的规律 获得 ，虽 能满 足
一
般 的运 动 仿 真 需要 ，但 精 度不 高
Ｊ 因此 通 。
图 １ 绝 对 坐 标 系下 挖 掘 机 示 意 图
过 对挖 掘机 工作装 置 的运动 学过程 的理论分 析 ，得 出基 于数学 模 型的运 动控制 规律 ，对 提高 仿真 分析 精 度 以及下 一步 的动 力学仿 真具 有重 要 的意义 。
［ 收稿 日期 ］２ １— ６ １ ０ ２０—２ ［ 讯地 址 ］宋海峰 ，江苏省常 州市晋 陵北路２ ０￣ 大学 通 ０ｉ海 常州校 区２ ７ １ 信箱
挖掘 时 的运动 规律 ，不 对 回转支 承处 的旋转 运 动作
Ｃ Ｎ Ｔ Ｕ ＴＯＮＭＡ ＨＮ Ｒ ０ ９ ８７ Ｏ Ｓ Ｒ Ｃ Ｉ Ｃ ＩＥ Ｙ ２ １ ２
设计计算 ｌ ｓＮｃｃＡ Ｎ Ｉ＆ＡｕＴ Ｄ Ｇ ＬＬｌ Ｅ Ｏ
表 １ Ｄ Ｈ参 数 表 —
杆件编号ｉ
１
１１ ｊ 一
Ｏ
ｉ － Ｉ
Ｏ ０ ｌ
关节变量
ｌ
２
３ ４
１ ｌ
０
０ ０
Ｏ
０
２
３
０２
３
图 ２ 基 于 Ｄ— Ｈ法 的 工 作 装 置 结构 简 图
ｌ２ 挖 掘机 工作装 置 的简化 ＿
１ 工作装置 的结构及简化
１１ 挖 掘机 工作装 置 ．
挖 掘 机 工作 装 置 可视 为 活 动关 节 为３ 转 动关 个 节 的三 自由度 串联开链 杆 件机构 ，即为机 器人 研究 中常见 只有 旋转 运动 没有 平移运 动 的机械 手机 构 。 依 Ｄ Ｈ法确定 机 械手运 动学 中的各个 杆件 坐标 系及 — 参 数 ，如 图２ 示 。 所
D_H法在五轴机床运动学建模中的应用_陈则仕
E=Rot(Z, -C)×Rot(X, -A)×Trans(-X, 0, 0)×
Trans(0, 0, -Z)×Trans(0, Y, 0)×Trans(Tx, Ty, Tz)= Rot(Z, -C)×Rot(X, -A)×Trans(-X+Tx, Y+Ty, -Z+Tz)
设初始姿态向量为 [ 0, 0, 1, 0] T, 初始位置向 量为 [ 0, 0, 0, 1] T, 即初始时刀具姿态指向 Y关节
应用 D-H法 , 可 以 为机 床按 上述 坐 标系 传递 次
序依次为每个关 节建
立固结坐标系 , 坐标
系的固结应便于 后续
运动学问题的分 析求
解 。从图中可知 该双
转台机床的两旋 转轴
正交 , 交 点为 O, 称
为机床控制点 。 在该
点 处 为 C、 A、 X、
Z、 Y各 个 轴 关 节 建
立右手坐标系 , 各个
CHENZeshi, ZHANGQiuju (SchoolofMechanicalEngineering, SouthernYangtzeUniversity, WuxiJiangsu214122, China)
Abstract:ThetypicalD-Hmethodwasappliedinroboticstosetupthekinematicsmodeloffive-axismachinetools, andthepositive andinversekinematicsproblemwasdiscussed.Themethodwastestifiedbysimulationusingtheexampleoftable-tiltingfive-axismachine toolsforturbineblademachining.Ithasthemeritofclearforexplanation, pronetounderstandanduse, thussupplyuswithapowerfultool fortheexploringofnewautomaticmulti-axismachiningormeasurementdevices.
机械臂d-h法 正运动学
机械臂D-H法正运动学研究一、D-H参数定义Denavit-Hartenberg (D-H) 方法是一种广泛用于描述机器人臂杆的参数化方法。
在D-H参数中，每一个关节都有一个与之对应的连杆，其中包含了四个参数：关节角度、连杆长度、连杆偏移量和关节旋转轴。
这些参数提供了机械臂的位置和姿态信息，使得我们能够全面描述机械臂的状态。
二、连杆变换矩阵连杆变换矩阵是D-H参数的核心部分，它描述了从一个连杆到下一个连杆的坐标变换。
通过连续应用这些变换矩阵，我们可以得到机械臂末端执行器的全局位置和姿态。
这些变换矩阵是仿射变换的一种，包括了平移和旋转。
三、关节角度计算关节角度是描述机械臂运动状态的重要参数。
通过测量或计算每个关节的角度，我们可以确定机械臂的位置和姿态。
关节角度的计算是机械臂控制的关键步骤，通常需要通过传感器或编码器进行测量。
四、正运动学方程建立正运动学方程是描述机械臂末端执行器位置和姿态的数学模型。
通过已知的关节角度和D-H参数，我们可以计算出末端执行器的位置和姿态。
正运动学方程是非线性方程，通常需要通过数值方法进行求解。
五、运动学逆解在某些情况下，我们已知末端执行器的位置和姿态，需要求解关节角度。
这就是运动学逆解问题。
解决逆解问题需要用到正运动学方程的反向求解，需要找到使得末端执行器达到特定位置和姿态的关节角度。
六、工作空间分析工作空间是指机械臂末端执行器能够达到的所有位置和姿态的集合。
工作空间分析是评估机械臂性能的重要步骤，包括工作空间的形状、大小以及可达性等。
通过优化D-H参数和工作空间设计，可以提高机械臂的灵活性和工作效率。
七、碰撞检测与避障在机器人操作中，碰撞检测和避障是非常重要的安全措施。
通过实时监测机械臂与环境或其他物体之间的距离和角度关系，我们可以避免发生碰撞事故。
同时，为了确保机器人能够自主适应不同的环境，需要进行实时的路径规划和避障策略设计。
这些技术依赖于对工作空间的精确理解以及对运动学方程的实时求解。
文献综述-飞机表面清洗机器人结构设计与分析
一、国内外现状和研究成果飞机表面清洗技术的发展可以分为三个阶段。
第一阶段为手工操作阶段，由工人进行清刷工作。
第二阶段为机械辅助人工操作阶段，利用专用的清洗机械辅助人工完成大型飞机的清洗任务，工作效率有所提高。
第三阶段为自动化清洗作业阶段，自动化机械为飞机表面清洗工作提供了良好的条件和保障。
1.国外清洗机器人发展状况(1)龙门式飞规表面清洗机器人[1-3]日本成田的新东京国际航空机场装备了计算机控制的龙门式飞机表面清洗机器人。
装置在对应于飞机头部、机身前部、机身下部、机身后部、主翼、水平尾翼、垂直尾翼等位置处共安装了16台机器人，每台机器人手臂上安装了清洗刷，并在各个刷子的前端和清洗机器人各处安装了喷射水和清洗剂的喷嘴。
清洗时飞机由牵引车拉入装置内，然后利用仪器将测得的飞机准确位置传给计算机，同时利用此数据微调清洗装置的方位开始按一定顺序自动清洗机体，机器人手臂达不到的地方或用机器人不易清洗的地方再由人工利用长刷进行清洗。
利用该自动清洗机器人清洗一架巨型客机只需5名机务人员约100分钟就能完成。
这种机器人由于采用了龙门式框架结构，装置近百米宽，对宽体大型客机的清洗非常适合，但对于一般的中小型客机的清洗就显得不太适合了。
(2)立架式移动清洗机器人美国开发的SAAMS飞机表面清洗机器人主要由运输平台、竖直立架、带有6个自由度的可编程机器人三部分组成。
(3)长臂式移动清洗机器人[4-12]德国汉萨航空公司委托普茨迈斯特公司经过近5年的开发，研制出了长臂式飞机表面清洗机器人（如图1所示），目前已在德国法兰克福机场上岗工作。
该清洗机器人的主要组成部分有机械系统、计算机、组合传感器、机器人控制器及液压系统，其核心部件是AEG公司的IRC250机器人控制器和道尼尔公司的激光器。
图1 长臂式飞机表面清洗机器人首先利用微机对航空公司的整个机队的飞机外形进行编程，并将飞机的机型数据输入计算机。
工作时，机器人位于飞机的两侧，利用专用激光摄像机确定出机器人的精确工作位置，利用传感器得到飞机的三维轮廓，并将此信息送往计算机进行处理。
基于d-h方法的波浪滑翔器动力学仿真分析
( １.Ｔｉａｎｊｉｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＭ.Ｏ.Ｔ.ꎬ Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５６ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２.Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ
ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４５６ꎬ
浪能和太阳能中分别获得前进的动力和电力ꎬ克服
了大范围、长航时的难题ꎬ具有续航能力强、自主控
制、绿色环保、价格经济等突出特点 [１] ꎮ 它能长期、
自主地执行监测环境、调查水文、预报气象、追踪生
物、预警危害、中继通讯等任务ꎮ 这些特点也使得波
浪滑翔器在军事和民用范围内皆具有广泛的应用前
景 [２] ꎮ 波 浪 滑 翔 器 最 先 由 美 国 的 Ｒｏｇｅｒ Ｈｉｎｅ 于
关键词:波浪滑翔器ꎻ 波浪能ꎻ 动力学模型ꎻ 多体动力学ꎻ 运动仿真ꎻ Ｄ￣Ｈ 方法ꎻ 数值模拟ꎻ 水池试验
ＤＯＩ:１０ １１９９０ / ｊｈｅｕ.２０１９０１１１１
网络出版地址:ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｃｎｋｉ.ｎｅｔ / ｋｃｍｓ / ｄｅｔａｉｌ / ２３ １３９０.ｕ.２０１９１１０４.１３５７.００２.ｈｔｍｌ
Ｃｈｉｎａꎻ ３.Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙꎬ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｈａｒｂｉｎ １５０００１ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ￣ｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗａｖｅ ｇｌｉｄｅꎬ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｄ￣Ｈ ａｐ￣
基于D-H法的挖掘机工作装置运动学分析
基于D-H法的挖掘机工作装置运动学分析
宋海峰;许焕敏
【期刊名称】《建筑机械（上半月）》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】本文以三自由度机械手为研究对象,用机器人运动学中常用的D-H法建立运动学数学模型,进行正反向运动学分析.另外,结合挖掘机工作装置的机构学分析,理清工作装置各参数变量与斗齿位姿的关系,确定工作装置运动过程中的控制规律.从而为运动学软件仿真模块提供较为合理的输入参数,并可验证仿真结果的正确性.【总页数】5页(P87-90,95)
【作者】宋海峰;许焕敏
【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213022;河海大学机电工程学院,江苏常州213022
【正文语种】中文
【中图分类】TU621
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通用和修正D-H法在运动学建模中的应用分析
通用和修正D-H法在运动学建模中的应用分析吕永军;刘峰;郑飂默;孙一兰【摘要】Generalized D-H method has been widely researched and applied in robot kinematics modeling, but there is a fundamental flaw, which is that the homogeneous transformation matrix obtained by generalized D-H method is a singular matrix, so the model we get is also incorrect, and we cannot analyze correctly. The modified D-H method is improved to avoid the defects of generalized D-H, and to ensure the accuracy of the models. In this paper, the general kinematic modeling method and the application of the D-H method and its’ defects and the modified D-H method are studied. At last, the correctness of kinematic model established by the modified D-H method in 6-DOF robot is verified.%通用D-H法在机器人运动学标准建模中虽然已被广泛研究和应用，但其存在一个根本缺陷就是，对于两个相邻的平行关节，通用D-H法得到的齐次变换矩阵将是一个奇异矩阵，不能得到正确的模型，这样便无法对这部分关节运动进行正确的运动分析。
飞机表面电荷分布仿真
飞机表面电荷分布仿真
唐俊;王钰楠;关静
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2017(030)007
【摘要】飞机高速飞行时积累的静电荷会对飞机安全造成影响,分析研究了飞机表面静电荷分布规律.首先理论推导导体表面电荷分布规律,得出孤立导体表面电荷分布与导体表面曲率成正比,复杂形状导体表面电荷分布在导体外缘表面的规律.然后运用COMSOL Multiphysics软件对飞机表面电荷分布进行仿真计算,根据飞机某些部位表面电荷分布情况验证前述规律,得出飞机表面静电荷主要分布在飞机外缘曲率较大表面的结论,对于保障飞机飞行安全具有理论指导意义.
【总页数】2页(P114-115)
【作者】唐俊;王钰楠;关静
【作者单位】西安石油大学电子工程学院,陕西西安 710065;西安石油大学电子工程学院,陕西西安 710065;西安石油大学电子工程学院,陕西西安 710065
【正文语种】中文
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3.基于 ADAMS 的飞机表面清洗臂动力学仿真与分析 [J], 金玉阳;张明路;姚锦博;
于常娟
4.飞机表面清洗机器人的三维实时仿真及其运动控制的实现 [J], 马天驹;金玉阳;李姝娴;黄维欣;武伟
5.飞机沉积静电表面电荷分布的数值分析 [J], 方金鹏
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基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究
基于MATLAB的四自由度机械臂运动学仿真研究周霏;陈富林;沈金龙;杨杏【摘要】运用D-H法建立机械臂运动学方程,根据所求方程采用数值法进行分析,并用MATLAB软件对分析结果进行仿真,得到机械臂的可达工作空间图.用Robotics Toolbox对该机械臂的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行仿真,得到各关节角的位移、速度、加速度与时间关系曲线,为后续机械臂控制系统设计、动力学分析以及轨迹规划等提供理论基础.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】5页(P115-119)【关键词】运动学;仿真;工作空间;四自由度机械臂【作者】周霏;陈富林;沈金龙;杨杏【作者单位】南京航空航天大学机械电子工程系,江苏南京210016;南京航空航天大学机械电子工程系,江苏南京210016;上海航天有线电厂,上海201112;南京航空航天大学机械电子工程系,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP242;TP391.9串联机械臂是由若干关节连接在一起的杆件组成的具有多个自由度的开链型空间连杆机构。
它的一端固定在基座上，另一端是执行器，用以进行抓取操作，中间由一些杆件用活动关节串接而成。
机械臂运动学就是要建立各运动杆件关节的运动与机械臂空间的位置、姿态之间的关系，从而为机械臂的运动控制提供分析手段和方法[1]。
机械臂研究的问题主要有运动学正问题和运动学逆问题两类。
已知机械臂中各运动副的运动参数和杆件的结构参数，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态，是运动学正问题；已知杆件的结构参数和末端执行器相对于参考系的位置和姿态，求各运动副的运动参数，是运动学逆问题[2]。
对机械臂进行图形仿真，可以将机械臂仿真的结果以图形的形式表示出来，从而直观地显示出机械臂的运动情况，得到从数据曲线或数据本身难以分析出来的许多重要信息，还可以从图形上看到机械臂在一定控制条件下的运动规律。
采用MATLAB中自带的Robotics Toolbox工具箱，通过编制简单的程序语句，可以快速完成运动学分析及仿真、轨迹规划等任务。
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法
基于D-H模型的机器人运动学参数标定方法摘要：通用机器人视觉检测站中的机器人是整个测量系统中产生误差的最主要环节，而机器人的连杆参数误差又是影响其绝对定位精度的最主要因素。
借助高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量设备——激光跟踪仪，及其功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件，并利用串联六自由度机器人运动的约束条件，重新构建起D-H模型坐标系，进而对运动学参数进行修正，获得关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系，以提高机器人的绝对定位精度，最后通过进一步验证，证明取得了较为理想的标定结果。
关键词：视觉检测站；工业机器人；绝对定位精度；激光跟踪仪；D-H模型；Robot kinematic parameters calibration based on D-H modelWang Yi(State key laboratory of precision measuring technology and instruments, Tianjin University, 300072,China)Abstract：Robot for universal robot visual measurement station is the most primary part causing errors in the entire system and link parameter errors of industrial robot have a great influence on accuracy. Employing laser tracker, which can offer highly accurate measurement and implement ADM (absolute distance measurement), as well as relevant software, making use of movement constrain of series-wound six-degree robot, D-H model coordinates were rebuilt. Accordingly, kinematic parameters were modified, and precise mapping from joint variables to the center of the end-effector in base coordinate was obtained and accuracy got improved. At last, result is proved acceptable by validation.Keywords: visual measurement station; industrial robot; accuracy; laser tracker; D-H model;引言：随着立体视觉技术的不断完善与发展，利用机器人的柔性特点，发展基于立体视觉的通用测量机器人三维测试技术逐渐成为各大机器人生产厂家非常重视的市场领域。
基于D-H法的多连杆正铲挖掘机运动学分析与包络图绘制-论文
第38卷第3期燕山大学学报V ol.38No.3 2014年5月Journal of Yanshan University May20140引言正铲液压挖掘机是液压挖掘机的一种常见的工作装置，其主要以地面以上并具有一定坡度和高度的泥土、矿石为采掘对象，工作条件恶劣[1]。
由于结构上的不同，相对于反铲式挖掘机和机械式挖掘机，液压正铲挖掘机的工作范围广[2]，输出的挖掘力大，可以搭载容量更大的铲斗并且能够实现其特殊运动，工作效率高，所以正铲液压挖掘机广泛应用于露天煤矿、矿石开采、水利建设等场合。
机械运动和驱动方式是所有机械装备的核心，如何运用数学模型描述机构的运动性能并与其驱动建立对应关系是研究一个机构应当解决的首要问题。
文献[3]运用CAD/CAE技术对大型矿用正铲液压挖掘机的机构进行分析，得到了挖掘机构在各种工作循环过程中的运动学和动力学参数，总结了一种不需建立复杂的数学模型便可以获得机构整体性能的方法；文献[4]研究了经典的10杆3自由度正铲挖掘机构中斗杆-铲斗四边形机构存在的运动牵连关系（即所谓的铲斗运动耦合），对该四边形机构进行了运动学分析，得到了铲斗液压缸铰点布置位置的合理区域；文献[5]介绍了在Simulink环境下，运用SimMechanics工具箱对挖掘机工作装置进行运动学建模并快速得到反铲液压挖掘机的包络图方法；文献[6]提出并分析了一种4副杆作机架的新型正铲挖掘机构，并根据由机构的几何关系得到的参数传递框图，对该机构拓扑结构的运动学位置问题给出了求解过程。
联邦德国的O&K公司提出了一种带有“Tri-Power（强力三角）”装置的新型12杆3自由度正铲挖掘机构，相对于传统10杆3自由度构型该挖掘机构具有根据机械传动的原理自动实现铲斗水平提升和提供辅助提升力等优点，同时也吸引了国外学者的关注；文献[7]对“强力三角”结构正铲液压挖掘机的水平提升性能进行了分析，得到了水平提升过程铲斗角度偏差值计算模型，为选择优化算法提供了目标；文献[8]基于运动学参数传递方法实现了该结构正铲挖掘机工作范围的测定和动力学计算，并利用该方法高效地规划最大挖掘力出现的位置。
六自由度飞机清洗臂运动学建模与轨迹优化
六自由度飞机清洗臂运动学建模与轨迹优化
张宏伟;赵修锟;张天刚
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】传统飞机清洗车由于关节运动不稳定,清洗时间长,清洗效率低造成无法对机身蒙皮进行快捷高效清洗。
针对心目问题,设计了六自由度飞机清洗臂,为验证机械臂的运动性能,运用改进D-H法进行运动学分析得到机械臂末端转换矩阵,设计了GUI计算运动学正逆解。
并提出将改进粒子群算法与3-5-3分段插值相结合的方法对飞机清洗臂进行时间最优轨迹规划。
通过仿真结果显示,与传统3-5-3多项式插值相比,上述方法在保证运动稳定性的同时缩短了运动时间。
为以后飞机清洗臂的路径规划与控制问题的研究奠定了基础。
【总页数】7页(P38-43)
【作者】张宏伟;赵修锟;张天刚
【作者单位】中国民航大学工程技术训练中心;中国民航大学航空工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242
【相关文献】
1.六自由度机械臂运动学分析与轨迹优化
2.四自由度焊接机械手臂运动学建模与轨迹规划
3.基于P-Rob六自由度机械臂运动学建模与仿真
4.五自由度机械臂的运动学建模和轨迹规划研究
5.六自由度工业机械臂运动学分析与避障轨迹规划
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基于D-H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真
基于D-H法的飞机表面清洗臂运动学分析及仿真
金玉阳;高庆吉;田刘芬;肖瑶;罗启冰
【期刊名称】《中国民航大学学报》
【年(卷),期】2013(031)004
【摘要】针对飞机表面的非结构化特征,设计了用于飞机表面清洗的串联机械臂.确定了机械臂的自由度和运动形式,采用改进的D-H法分析了其正、逆运动学,并运用Matlab软件对机械臂进行初步的轨迹规划仿真,验证了正、逆运动学的正确性.【总页数】4页(P15-18)
【作者】金玉阳;高庆吉;田刘芬;肖瑶;罗启冰
【作者单位】中国民航大学机场学院,天津300300;中国民航大学机器人研究所,天津300300;河北工业大学机械工程学院,天津300130;中国民航大学机器人研究所,天津300300;中国民航大学机器人研究所,天津300300;中国民航大学机器人研究所,天津300300;中国民航大学机器人研究所,天津300300
【正文语种】中文
【中图分类】TH12;V214;TP242.3
【相关文献】
1.飞机表面清洗机器人运动学建模和三维仿真研究 [J], 李景春;武丽梅;张国忠
2.基于 ADAMS 的飞机表面清洗臂动力学仿真与分析 [J], 金玉阳;张明路;姚锦博;于常娟
3.基于旋量法的飞机表面清洗机器人运动学分析 [J], 金玉阳;张明路;高庆吉;于常娟
4.5R1T型飞机表面清洗机器人机械臂设计及其逆运动学分析 [J], 金玉阳;张明路;高庆吉;牛国臣;王大为
5.基于D-H法的挤奶机器人机械臂运动学分析 [J], 刘俊杰;杨圣虎;蔡晓华;吴泽全因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第 ３ １卷
第 ４期
中 国 民 航 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＩ ＶＩ Ｌ ＡＶＩ ＡＴ Ｉ ｏＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ ． ４
Ａｕｇ ｕ ｓ ｔ ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ８月
基于 Ｄ — Ｈ 法 的 飞机 表 面 清洗 臂 运 动学 分 析及 仿 真
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｒｅ ｇ ａ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｕ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ，ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ，ＤＯＦ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｉ ｆ ｒ ｍｅ ｄ ，ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ
式， 采 用改进 的 Ｄ — Ｈ 法分析 了其正、 逆运 动学 ， 并运 用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软件对机械臂进行初 步的轨迹规 划仿 真 ， 验
证 了正 、 逆运动学的正确性。
关键词 ： 飞机 清洗； 机械臂 ； 运动 学分析 ； Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ仿真
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ２ ； Ｖ ２ １ ４ ； Ｔ Ｐ ２ ４ ２ ． ３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ４ — ５ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ １ ５ — ０ ４
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ １ ３ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
１ 机械臂 总体设计
１ ． １ 机械 臂结构 形 式
面， 辅助或代替人类工作 ， 但机械臂应用 于飞机 清洗 方 面 的研 究 应 用较 少 ， 目前 已有 的结 构形 式 多 数 为底
盘 上 联接 有 机 械臂 ， 其末 端 执行 器 是 以滚 刷 的滚 动 和
摆动进行清洗作业 ，如德 国 ｓ ｋ ｙ ｗ ａ ｓ ｈ飞 机清 洗 机器 人 …， 共有 ９个 自由度 ， 但需 要 利用 支腿 将 底 盘车 相对
金 玉阳 ｌ ａ ， ｌ ｂ ， ２ ， 高庆 吉 ， 田刘芬 ｌ ｂ ， 肖 瑶玷 ， 罗启冰 玷
（ １ ． 中国民航 大学 ａ ． 机场学院 ； ｂ ． 机 器人研 究所 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ０ ０ ； ２ ． 河北工业大学机械 工程学院 ， 天津 ３ ０ ０ １ ３ ０ ）
摘
要： 针 对飞机表 面的非结构化特征 ， 设 计 了用于飞机表 面清洗 的串联机械臂 。 确定 了机械臂 的 自由度和运动形
ｋ ｉ ｎ ｅ ｍ ａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ Ｄ— Ｈ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｐ ｌ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｍ ｅ —
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ；ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ；ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ；Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
移 动 机 械 臂 的研 究 与 应 用 是 机 器 人 应 用 的热 点 之一， 广泛应用 于工业 、 农业 、 消 防 及 危 险 环 境 等 方
于飞机 定 位 ， 只能采 用 多 节机 械 臂 得 到 的冗 余 自由度
Ｋｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｆ ｔ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｌ ｅ ａ ｎｉ ｎｇ ｍａ ｎｉ ｐ ｕｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｄ－Ｈ
ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｍａ ｎ ｉ ｐ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｋ ｉ ｎ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ．