一种6自由度关节机器人逆运动学共形几何代数法

为获得一种6R(R为转动副)焊接机器人运动学逆解,使用共形几何代数(CGA)对焊接机器人运动学进行研究.利用共形几何代数中基本几何元素的表达以及几何形体的内积和外积运算,获得了焊接机器人各关节点的位置;通过构造经过关节点的直线与直线以及平面与平面的内积,得出机器人所有关节转角余弦表达,从而获得了焊接机器人位置逆解所有解析解.最后,以一种空间6自由度关节机器人为例求解运动学逆解,结果表明,新方法正确有效,几何直观性好.     

利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法

为获得串联机器人位置逆解的解析解,使用共形几何代数对串联机器人位置逆解进行了研究。利用共形几何代数中基本几何元素的内积和外积运算,获得串联机器人各关节点的位置,然后通过构造经过关节点的直线与直线以及平面与平面的内积,求解出机器人所有关节转角,从而直接获得了串联机器人位置逆解的解析解。该方法求解简捷,几何直观性好,避免了经典机器人运动学理论中欧拉角、矩阵的运算以及复杂的多元高次非线性方程组求解,求解过程和结果可以明显地反映机器人几何结构与机器人运动之间的几何关系。以一种空间6R串联机器人位置逆解为例进行了求解,算例计算表明该方法正确、有效,计算效率提高了近44倍。     

6R机器人运动学分析及奇异处理研究

针对机器人逆运动学过程中存在运算复杂、多组解的选取问题,提出了一种6R机器人逆运动学的几何方法.在求解的推导过程中,采用几何法与双变量正切函数相结合避免了失解,针对有多组逆解的情况,采用"插补连续性"的最短路径与最优标志设置准则相结合选取一组最优解,同时考虑奇异位的避让,满足实际工程中的需要,在公司生产的多款机器人中获得了成熟应用.     

基于R~*(3,0,1)几何代数的6轴机器人位姿反解

R~*(3,0,1)几何代数模型结合了对偶四元数和共形几何的优势,即对偶四元数计算效率高,共形几何对点、面具有统一的坐标变换算子,能计算点、面之间的有向距离.本研究基于R~*(3,0,1)几何代数模型提出了6轴机器人位姿反解新算法,即在6轴机器人运动学反解过程中,根据关节到3种奇异形位参考面有向距离不同的属性,基于R~*(3,0,1)几何代数能确定唯一的运动学位姿反解,省去了传统反解中通过"最短行程"的准则来择优的步骤.该算法具有能检测关节与奇异面距离、算法简单、使反解问题的描述更为直观、能确定唯一解等优点,能很好地应用于实际的机器人运动控制中.将该算法在PUMA 560型机器人上进行了数值验证.     

机器人运动分析自动建模

用计算机代数系统自动生成机器人运动学模型,是机器人运动学建模的新课题。本文将计算机代数系统移植到机器人运动学自动建模研究,开发了适用于计算3～6个自由度的机器人运动学正、反解的计算机代数软件系统。该程序软件采用计算机代数语言REDUCE3·2编写,并在微机上实现。     

五自由度机器人逆运动学解法与工作空间分析

针对一种五自由度机器人结构,提出了一种精确求解逆运动学的封闭解法,解决了逆运动学数值方法计算较慢、在某些情况不能算出所有可能解问题.应用D-H方法建立了该五自由度机器人的运动学模型.在此基础上,依据该机器人的特定构型,应用代数方法,仅选取位置矢量和一个姿态矢量提出了所研究机器人的逆运动学封闭解法.选取一个马鞍面做为该机器人打磨作业任务,分别进行了Matlab数值计算仿真和ADAMS虚拟样机联合仿真分析.结果显示:马鞍面期望轨迹和遍历轨迹对应的位置和姿态具有高度一致性,验证了所提出逆运动学封闭解法的正确性.最后,通过数值计算求解了该机器人的可达工作空间,为该机器人结构优化和运动控制提供依据.     

类矩形隧道单机械臂管片拼装机运动学逆解

针对类矩形隧道盾构施工中管片拼装机工作空间紧凑、移送距离远、管片姿态调整灵活的要求,提出一种新型单机械臂管片拼装机.介绍了该拼装机的组成与工作原理,重点推导了该型拼装机跟踪特定轨迹的运动学逆解计算方法,并通过数值计算结果与SolidWorks仿真结果间的对比验证了该型拼装机运动学逆解计算公式的正确性.研究表明:新型单机械臂管片拼装机在回转平面内的运动学逆解具有解析解,其计算除常规代数运算外还涉及三角函数运算.相关结论为新型单机械臂管片拼装机运动控制器设计提供了运动学基础.     

工业机器人动力分析

木文用矢量运算和拉格朗目方程推导出一套工业机器人运动学和动力学计算公式.这些公式可用来计算机器人上各连杆的运动速度、加速度、惯性力,以及各关节上驱动器的功率和机器人的最大负荷能力.文中的几何影响系数仅与各连杆的位置和方向有关,因而使公式变得简单而明确.这些公式除用于机器人设计计算外,也可以用来研究机器人的动力特性,以及对机器人的运动进行实时控制.     

可重构星球探测机器人的运动学建模及轨迹规划

提出了可重构星球探测机器人的概念，对系统中子机器人的研究进行了重点论述．通过设计恰当的子机器人连杆坐标系，利用Denavit-Hartenberg方法完成了子机器人的运动学建模，并直接给出了子机器人的运动学正解模型．由于使用单一的求解算法不能求出工作空间的封闭解，因此综合利用代数法、几何法原理及空间投影关系，结合子机器人的结构特殊性推导出了运动学逆解，从而得到了工作空间内的所有解．在此基础上，考虑结构间的约束关系，给出了子机器人的工作空间及轨迹规划方法．最后，使用OpenGL对设计的子机器人系统进行了运动学仿真实验，实验以末端操作器的直线运动为例，充分考虑空间几何的关系，其结果有效地证明了建模及轨迹规划的正确性。     

并联三自由度机器人参数优化与运动仿真

采用无量纲参数方法,将三自由度并联机器人的几何参数无量纲化,对机器人机构的运动学进行了反解计算。在此基础上,采用搜索法对机器人机构的几何参数进行优化选择。应用MATLAB软件编程计算得出该机器人机构在不同位姿下各铰链的输入,并绘制出了并联三自由度机器人的运动仿真图。     

RV12L 6R焊接机器人运动学正解及计算机仿真系统

本文给出了６－ＤＯＦ ＲＥＩＳ焊接机器人运动学正解的解算方法,从图形学的角度进行机器人工作空间计算,然后对其实施三维图形仿真。为机器人运动学仿真系统用三维形体表示机械手复杂的位置,姿态信息,提供１种实用的方法。可给转位工作台的设计安装提供依据,使之在机器人工作空间内,这里给出实例验证了运动学解的正确性。     

3-RRRT并联机器人的位置正解研究

本文介绍了一种新型3-RRRT并联机器人的特点,推导了该机器人的位置反解方程,获得了其位置反解,采用数值方法给出研究了该并联机构的运动学正解.运用Matlab软件计算进行了验证.     

6R机器人的几何求逆算法

为了提高机器人逆解运算的精度与速度,提出了一种几何求逆算法。该几何求逆算法首先是将机器人简化为具有刚性特征的连杆机构,并将机器人的工作范围划分为四个象限区且通过几何运算求得机器人位姿与各个关节角度之间的关系,然后利用机构的刚性特征以及机器人的作业要求确定各个象限区中的逆解函数,最后通过已确定的逆解函数求得机器人关节角度的时间函数。文章以ER10L—CIO机器人为例,验证了算法的正确性与实用性,证实了算法在计算精度和运算速度方面所体现的优越性。     

基于Solid Works的海洋平台导管架弧焊机器人离线编程系统

针对将弧焊机器人应用于海洋平台导管架焊接作业现场的部分问题进行了仿真分析.采用Solid Works API环境下编制的焊缝特征坐标系规划软件,对平台焊接中经常出现的T、K相贯线的类马鞍型焊缝曲线进行焊枪路径提取和姿态规划,调用逆运动学运算模块计算各轴转角.最后,在Solid Works环境下进行焊接过程仿真.     

七自由度相贯焊缝检测机器人运动学逆解

针对采用D—H法求解机械手臂逆运动学存在的不足，提出几何法解决七自由度插接管焊缝检测机器人关节变量的逆解问题．该方法与矩阵变换法相比能很大程度上减少运动方程逆解的计算量，对于提高关节的控制速度极为有利．结合实际扫查的空间相贯曲线，对各关节的运动位移进行了计算仿真．结果表明，各关节的运动学逆解唯一，计算简单，运算量小，特别是对于具有多冗余度的机器人，此法能够避免奇异解的讨论，提高计算效率．     

计及关节属性的6轴工业机器人反解算法

在D-H模型法运动学分析的基础上,研究了带关节属性的运动学反解方法,即在6轴机器人运动学正反解的过程中根据机器人的3种奇异形位划分了与位姿有关的关节属性,利用关节属性能在反解时确定唯一解,省去了一般机器人反解时所用的比较择优的过程,优化了机器人运动学反解算法.该算法具有能预知过奇异点路径、反解速度快、能确定唯一解等优点,能很好地应用于实际的机器人运动控制中,并在莫托曼SK6型机器人上获得了实例验证.     

一种焊接机器人的运动学分析及轨迹规划方法

首先, 设计了一种焊接机器人的机构, 改进了传统串联式焊接机器人因电机安装在关节处而带来的动力学上的不足. 然后, 使用D-H 坐标系法进行了正运动学求解, 并利用反变换法进行了逆运动学求解. 之后, 提出了一种新的轨迹规划方法, 通过求解目标轨迹上一系列离散点的逆解, 并利用Matlab 软件对逆解进行多项式拟合, 将输入函数转化成简单的多项式表达形式, 为下一步设计控制系统提供了一条更简捷的途径. 最后, 利用Pro/E 软件的机构仿真对该方法进行了验证, 证明了其准确性.     

几何计算及其理论研究

提出了一种新的几何计算理论.在几何基础层，充分利用笛卡儿创立的坐标几何思想，用几何代数化方法构建二、三维基本的几何代数基（简称几何基)，可利用它的序列建立高一层次的几何基.在几何处理层，用几何方法解决几何问题，寻求几何问题的几何基求解序列.对几何引入方向性，统一几何的表示，简化几何基序列的求解过程.并从理论上探索解决几何奇异问题的完整解决方案，形成一个统一、规范的几何计算体系.由此实现莱布尼茨式的通过几何语言直接处理几何体的宏伟设想.     

遥操作系统中MOTOMAN-SV3X机器人的运动建模研究

研究了遥操作系统中MOTOMAN-SV3X机器人的运动学模型及使之通用化的建模方法．首先提出用符合人们习惯的方法规定各机器人关节坐标系的方向，可以使得用Denavit-Hartenberg方法建立的MOTOMAN-SV3X机器人运动学模型有通用性和可移植性；提出当机器人3个相邻且正交的关节轴线交于一点时，逆解运算可以有简捷的运算方法，并用这种方法求得了MOTOMAN-SV3X机器人的运动逆解．最后分析了这种机器人的工作空间．本文所得公式不仅适用于MOTOMAN-SV3X，也可直接移植到与之有相同自由度布局的机器人，而本文的方法则可更广泛地用于各种类型的机器人.     

基于指数积的Delta机器人运动学正解建模

对于并联机构的运动学分析,D-H参数法需要对每个连杆建立局部坐标系,通过各连杆的坐标转换来建立运动学方程,过程较为繁琐,而矢量法虽然能够避免正解多解的取舍问题,但是不能完整地表达出末端的姿态,缺乏通用性. 作者采用基于旋量理论的指数积,只需建立惯性坐标系{S}和工具坐标系{T}两个坐标系,使得运动学模型更为简单,且具有更明确的物理和几何意义. 最后应用该方法求解了典型Delta机器人的运动学正解和工作空间,并进行了机器人样机的运动控制实验.