航空機械臂的案例
matlab與Adams的機械臂運動學驗證
1、Adams的運動學建模
在Adams中建立機械臂模型，如圖1所示，箭頭為機械臂末端執行器的初始位置。
圖1 初始位置
2、Matlab編寫運動學方程
通過機械臂幾何信息建立機械臂的DH參數
α
θ
a
d
1
0
0
0
0
2
0
0
300
0
3
0
0
200
0
圖2 DH參數
根據DH參數利用matlab編寫運動學程序，程序如圖3所示
圖3 matlab程序
3、運動學驗證
運行程序得出初始位置如圖4所示，
圖4 計算的初始位置
Adams中初始位置信息，如圖5所示
圖5 Adams初始位置
改變機械臂的θ值再次進行驗證如圖6所示，驗證成功。
展開 航空科普：大有可為-航空發動機葉輪機械CFD仿真技術
航空發動機中的葉輪機械Family
首先我們來感受一下葉輪機械的定義：葉輪機械是以連續流動的流體為工質，以葉片為主要工作元件，實現工作元件與工質之間能量轉換的一類機械（從可讀性上來說，作者對這個定義是拒絕的）。舉一個形象的栗子吧，電風扇工作時，電能轉化為機械能，風扇動起來，然后葉片與空氣相互作用，帶動了空氣的運動，葉片的機械能轉化為周圍空氣的動能，形成了“人造風”，這就是一個非常簡單的葉輪機械啊！
電風扇（圖片來自網絡）
說起來，電風扇也算是航空發動機中的葉輪機械的近親了，因為在發動機中，有N排類似的風扇，當這些風扇葉排按照半徑從大到小排列，就形成了壓氣機部件，按半徑從小到大排列，就形成了渦輪部件。壓氣機和渦輪即為航空發動機中的主要葉輪機械。
展開 淺談太空“機械臂”
近日，關于中國空間站機械臂的話題成為了大家討論的熱點，航天員劉在天和核心艙外活動期間，安裝在天和核心艙外的機械臂發揮了重要作用。
眾所周知，在太空極端惡劣的環境下，航天員進行艙外活動十分困難，而機械臂在輔助航天員艙外活動中發揮著至關重要的作用。讓我們來看看機械臂是如何做到助航天員“一臂之力”的……
人類第一款機械臂誕生
自人類開展載人航天活動以來，美國率先提出了空間機器人概念，用于在惡劣的太空環境下，完成航天員難以完成的艙外操作。
空間機器人最主要的應用就是空間機械臂，它集機械、電子、熱控、視覺、動力學等多學科于一體，是一種高端和先進的航天裝備，具有強大的性能和廣闊的應用前景。
雖然美國最早提出創意，但先拔頭籌的卻是加拿大。人類第一種空間機械臂就是由加拿大Spar公司設計制造。1981年，該公司和美國宇航局聯合研制了4套供航天飛機使用的空間機械臂，被稱為加拿大臂。
加拿大臂的重量為410.5公斤，長約15米，由6個控制關節組成。6個自由度的加拿大臂安裝在航天飛機左舷的縱梁上，采用航天員艙內遙控操作方式，用于展開和回收有效載荷，以及協助航天員進行艙外活動。美國航天飛機在維修哈勃望遠鏡的5次任務中，加拿大臂發揮了無可替代的作用。
上世紀80年代，美國提出了自由號空間站項目，并由加拿大負責空間站機械臂研制。該空間站后來衍生為國際空間站，加拿大研制的第二代機械臂就是目前國際空間站上使用的加拿大臂2。
加拿大MDA公司研制的加拿大臂2是目前世界上最先進的空間機械臂之一，它包括活動基座系統MBS，空間站遙控機械臂SSRMS和專用靈巧機械臂SPDM三個部分。
安裝在國際空間站上的加拿大臂2
我們最熟悉的就是俗稱“大臂”的SSRMS。
展開 終于找到了，核心艙機械臂的詳細科普。。。
2021年，空間站核心艙機械臂首次托舉航天員劉伯明到指定位置圓滿完成出艙操作，一時間，這個神器的機械臂徹底 火了。
空間站核心艙機械臂由航天科技集團五院抓總研制，是目前同類航天產品中復雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統，主要承擔艙段轉位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、艙外大型設備維護等八大類在軌任務。
核心艙機械臂展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站型號任務中的“大力士”。
空間站機械臂并非單一的專業產品，而是融合了機、電、熱、控制、光學等多個專業。
據介紹，它是一款模仿人類手臂的七自由度機械臂，核心艙機械臂的肩部設置了三個關節、肘部設置了一個關節、腕部設置了三個關節，一共七個關節。
每一個關節對應一個自由度，就如同人的手臂一般，為航天員出艙順利開展出艙任務提供了強有力的保證。
空間站核心艙機械臂具備“爬行”功能，肩部與腕部各安裝了一個末端執行器，作為機器臂的觸手，實現在艙體上的爬行轉移。
空間站核心艙機械臂是我國首個可長期在太空軌道運行的機械臂，它能真實模擬人手臂的靈活轉動，在前后左右的任何角度和部位抓取物體，是我國首次實現大型空間機械臂的工程研制產品。
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傳統測試設備的局限與協作機械臂的破局
這不僅要求對機械臂的本體編程有深刻理解，更需要具備豐富的測試測量工程經驗，能夠將各類儀器儀表、傳感器、執行器無縫集成到一個穩定、高效、易用的系統中。
在協作式測試設備的研發與落地中，北京沃華慧通測控技術有限公司憑借深厚的測控技術積累，成為行業核心賦能者。作為專注于智能測控設備研發的高新技術企業，北京沃華慧通測控技術有限公司深度把握協作機械臂的技術特性，構建了 “機械臂 + 專業測控模塊” 的定制化解決方案。
三自由度機械臂運動學分析+仿真 ￥40
具體程序編制如下：
Clear %情況matlab軟件的數據緩存，避免影響本次運行
Clc %清空運行窗口的數據
L(1) = Link( 'd', 0, 'a' , 0.292 , 'alpha', pi/2 ,'offset',0);
L(2) = Link( 'd', 0 , 'a' ,0 , 'alpha', pi/2, 'offset',pi/2);
L(3) = Link( 'd', 0.328, 'a' , 0 , 'alpha',0 ,'offset',0);%
robot = SerialLink(L, 'name' , '機械臂'); %建立三自由度模型
robot.teach; %畫出模型并進行調控
robot.display(); %顯示建立的機器人的DH參數
運行上述程序，即可得到機器人模型如圖 3-3
圖 33機器臂模型
運動空間分析
依據機器人三個自由度的運動范圍，采用三自由度機器人模型進行計算。
展開 基于samcef的機械臂柔性機構建模
此項目案例介紹了6軸機器人的建模方法，在samcef平臺上通過添加控制機構可以從仿真結果中明確看出控制對機構動態特性的影響。控制器的增益可以通過BOSS Quattro中的最優化方法得到。
案例簡要介紹如下：
The development of a virtual prototype in the fully integrated SAMCEFField environment is described on the specific case of a six-axes robot. Severalvirtual prototypes are built around a Master Model, including a library ofinterchangeable components modelled with different accuracies, and arecompared. It is shown how important it is to consider flexibility in the model,especially in such specific lightweight machine tools classically subjected tohigh speeds. This flexibility is approximated either with a full finite elementmodel of the structural components, or with a mode component approach. Theselection of a correct model is discussed. Controllers are included in the flexiblemodel to
展開 機器人機械臂結構的拓撲優化
本作品先建立機械臂的簡化模型，在ADAMS中先進行預定工況的軌跡仿真，得到各關節扭矩的波動情況，將機械臂的簡化模型導入到hypermesh中進行網格劃分，再導入到opstruct中進行結構的拓撲優化，負載設定為扭矩的最大值，優化目標設定為變形最小。
負載加速度
關節2加速度
關節3加速度
機械臂B樣條插補軌跡規劃 ￥56
clear,clc,close all
format compact
DH=DH_Param(4);JointNum=length(DH);
ROCR6v2 關節2、3偏置
qlim=deg2rad([-179,179;-146,146;-146,146;-179,179;-179,179;-179,179]);
for i=1:JointNum
L(i)=RevoluteMDH('d',DH(i,3),'a',DH(i,2),'alpha',deg2rad(DH(i,1)), ...
'offset',deg2rad(DH(i,4)),'qlim',qlim(i,:));
end
robot=SerialLink(L,'name','robot');
robot.display();
robot =
robot:: 6 axis, RRRRRR, modDH, fastRNE
+---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
| j | theta | d | a | alpha | offset |
+---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
| 1| q1| 0.1215| 0| 0| 0|
| 2| q2| 0.1225| 0| 1.5708| -1.5708|
| 3|
展開 基于模仿學習和強化學習的機械臂運動技能獲取
以 Actor-Critic 算法為主體結構搭建了機械臂強化學習模型，結合設計的獎賞函數學習優化技能策略。
圖2 強化學習部分訓練過程
最后，針對上述方法搭建了相應的實驗平臺。實驗平臺的硬件系統包括 UR5 機械臂、氣動二指手抓、Kinect V2 深度攝像頭等；軟件系統由ROS 機器人操作系統、MoveIt!運動規劃庫、Matlab、pytorch神經網絡框架等組成。設置了堆疊積木任務和 Pick and Place任務，驗證了本文RGBD-ID 方法、模仿學習模型和強化學習模型用于機械臂獲取運動技能的有效性和可行性。
圖3 機器人堆積木模仿學習過程
3、研究結論
針對機器人智能化的需求，進行了基于模仿學習和強化學習的機械臂運動技能獲取的研究。提出了一種人-圖像交互式示教方法，一種基于 LSTM 神經網絡的模仿學習框架，開展了機械臂強化學習獲取技能的工作。針對工作過程中出現的問題，不斷遞進的提出解決方案。最終，通過堆疊積木任務和 Pick and Place 任務驗證了方法的有效性，提高了機械臂的學習能力。
展開 RecurDyn經典案例：象鼻機器人機械臂的優化設計
象鼻機器人是一種模仿象鼻行為的具有無限自由度的機械手臂，目前正在研發中。這種機械臂機器人是由一組圓盤，通過中心連接到一個柔性軸上，由一組穿過圓盤的電纜控制。電纜的末端直接連接到電機上。手臂具有連續運動，可針對特定的應用場景進行定制，例如，探查危險區域。為了優化這種柔性機械臂的設計，需要研究幾個參數：纜繩張力、纜繩末端隨時間變化的力、驅動機構所需的力、機器人的工作體積。
▎仿真過程
① 創建由象鼻形狀的體組成的象鼻機器人機械臂柔性體模型，它由圓盤、電纜、底座和柔性軸組成的象鼻形身體組成
② 使用用戶定義的運動對安裝在象鼻底部的執行器和直流電機進行數學建模
③ 研究了機器人機械臂在工作區域內可以達到的運動范圍
④ 計算并比較了不同材料（尼龍、聚四氟乙烯）操作過程中電纜的強度
⑤ 計算運行期間電纜承受的荷載
⑥ 計算運行期間電纜與圓盤接觸時所承受的摩擦載荷
▎關鍵仿真技術
?多體動力學，專門用于多個部件的機械建模：若干盤、電纜、底座、軸和直流電機。
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利用LabVIEW和SolidWorks改進機械臂設計流程
在裝配組件之后，我們無需修改運行仿真的軟件，就可以操作最終實現的機械臂，這在Square One的歷史上是第一次。在早期和SolidWorks匯編模塊一起實現運動控制軟件，大大提高了設計流程的效率，我們還實現了在軟件開發設計中包含機械團隊的目標。
六自由度機械臂MDH_stl ￥10
六自由度機械臂MDH_stl
重型并串式液壓機械臂建模與simscape仿真 ￥60
二、simscape仿真
仿真視頻如下：
液壓控制機械臂simscape仿真
空間站黑科技：核心艙機械臂的詳細科普...
空間站核心艙機械臂由航天科技集團五院抓總研制，是目前同類航天產品中復雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統，主要承擔艙段轉位、航天員出艙活動、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、艙外大型設備維護等八大類在軌任務。
核心艙機械臂展開長度為10.2米，未來還可以加長到15米，兩頭都有執行機構，操作的精細程度末端也高達45毫米，可以負載25噸的重物。機械臂不僅有視覺，觸覺，關節，還有自主分析能力。最難的就是連接機構，對接處是需要承重的，而且連接處要解決電力，控制和各種傳感器的連接穩定性和可靠性問題，這才是妥妥的黑科技！
它是一款模仿人類手臂的七自由度機械臂，核心艙機械臂的肩部設置了三個關節、肘部設置了一個關節、腕部設置了三個關節，一共七個關節。每一個關節對應一個自由度，就如同人的手臂一般，為航天員出艙順利開展出艙任務提供了強有力的保證。
中國空間站機械臂具備艙外爬行功能，能夠極大拓展機械臂的工作范圍，能夠艙外爬行，精準對接，足以說明智能化和仿生學水平絕對是世界頂尖的，印證了那句“剪刀手”的操作，也就是說遇到太空垃圾或者報廢衛星，能夠進行捕獲！同時這款機械臂的工作范圍幾乎可以覆蓋整個空間站表面，減少航天員出艙工作的危險！
空間站核心艙機械臂是我國首個可長期在太空軌道運行的機械臂，它能真實模擬人手臂的靈活轉動，在前后左右的任何角度和部位抓取物體，是我國首次實現大型空間機械臂的工程研制產品。
1月6日凌晨，機械臂成功捕獲天舟二號貨運飛船，天舟二號貨運飛船與天和核心艙解鎖分離后，在機械臂拖動下以核心艙節點艙球心為圓心進行平面轉位；接著反向操作，直至貨運飛船與核心艙重新對接并完成鎖緊。
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