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.     

一种焊接机器人运动学分析新方法

提出了一种焊接机器人的运动学新方法.基于共形几何代数框架内的刚体运动表达,求解了焊接机器人的运动学正解.采用几何体外积运算获得了各关节点位置;通过几何体的内积运算以及简单的代数计算,获得了各关节角符号形式的余弦表达,从而获得该机器人运动学逆解的所有解析解.最后,以一种焊接机器人运动学为数字实例对新算法进行验证.结果表明,方法几何直观性好,计算简洁.     

一种平面并联机构位置正解分析的共形几何代数及Sylvester结式方法

研究一种平面并联机构位置正解分析的共形几何代数建模方法和改进的Sylvester结式消元求解方法. 基于含有未知参数的5维共形空间的点表示,提出了位置正解分析的共形几何代数建模方法. 提出了一种改进的Sylvester结式消元方法,即冗余因子消去法,求出了能得到准确解的一元6次方程. 通过一个数值实例,得出了这个机构位姿的无增无漏的6组解,验证了所提出方法的正确性和有效性.      

六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法仿真与实现

运用运动捕捉系统,结合机器人运动学方法,提出一种六自由度机械臂运动轨迹自动生成方法.首先,在运动捕捉系统下得到人手臂末端的Marker标记点的位姿信息;然后,通过数据处理得到标记点的位姿矩阵,并将其作为机械臂末端执行器的位姿矩阵,进而通过数据流通道将该数据传入机器人运动学仿真系统,在仿真系统中运用代数解法求机器人运动学逆解,并进行运动学仿真.最后,将逆解求得的6个关节角度传入机械臂本体,实现机械臂末端执行器按照运动捕捉系统下手臂末端标记点的运动轨迹而运动.仿真实验表明:该方法具有可行性.     

操作臂关节变量惟一性研究

本文针对代数方法给出的机器人操作臂多重解,应用几何规划法排除掉局部闭链机构的不可能位姿,确定了工作空间所对应操作空间关节变量的取值范围,从而惟一地确定出给定腕点位置所对应的关节变量值,并编制出计算程序。     

可重构机器人多模块组合越障研究

针对一种具有独立运动自由度的新型模块化可重构机器人,利用对偶四元数描述其各个模块空间位姿.对偶四元描述机器人重构前后的各模块位姿信息,相对齐次坐标矩阵在数学形式上更为简洁统一,方便获取模块之间转角状态、连接面关系及连接方位关系等信息.以多个模块机器人攀越台阶障碍为例,应用对偶四元数描述方法分析该机器人越障过程中各模块空间姿态、越障高度,结合电机选型与重心位置得出该组合构型越障的最大高度.仿真实验验证了对偶四元数描述方法在分析模块化可重构机器人空间位姿中的实用性与所提出的组合越障方法的可行性.     

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。     

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。     

冗余度机器人运动学和动力学同时优化

利用冗余度机器人的冗余特性对其运动学和动力学同时优化.在动力学水平上采用加速度加权范数法对机器人关节力矩进行合理分配优化,在运动学水平上采用了梯度投影算法对机器人的避奇异位形的性能进行优化,并给出了同解性的算法,从而实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.仿真结果表明:该算法不仅具有关节力矩合理分配的作用,而且还能实现运动学的优化,实现了冗余度机器人的运动学和动力学同时优化.     

基于GA-SA算法的机器人几何参数误差辨识

几何参数误差对机器人末端绝对定位精度影响最大,而几何误差参数辨识是一个高维非线性问题,求解困难,所以建立一种简单高效的辨识算法是有必要的,本文提出了遗传模拟退火算法(GA-SA)对机器人几何参数误差辨识。以机器人末端位姿误差最小为目标,采用遗传模拟退火算法辨识机器人几何参数误差,以ABB IRB120为算例迭代1100次,遗传算法在200代陷入局部最优,模拟退火参与后最终适应度为0.0914。误差补偿结果表明：机器人末端位置误差沿X,Y,Z轴方向分别降低了88.05%,81.73%,83.72%,姿态误差分别降低了93.92%,83.64%,83.44%,证明遗传模拟退火算法可以有效辨识机器人几何参数误差,提高误差补偿后的机器人末端位姿精度。     

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．     

基于MATLAB的6R机器人逆运动学求解分析

本文通过D-H方法建立6R机器人坐标模型,将机器人末端执行器位姿~0T_h逆解问题转化为末端腕部点位姿~0T_6的逆解问题,排除~0T_h中含常量d_6的多项式,大大简化了求运动学逆解的复杂度。通过反变换法求得6R机器人逆解,提出以"最短行程+关节运动同向"为原则确定机器人最优逆解的方法,可以降低机器人运动能量消耗,同时减少关节运动换向,提高机器人运行稳定性和可靠性。利用MATLAB进行编程,设置6R机器人"关节加权系数"及"关节运动同向加权系数",对上述运动学逆解求解及优化方法进行了验证,说明该分析方法是有效性的。     

基于六关节机械臂的推拿按摩康复机器人运动学研究

目的 将RBT-6T/S03S型6自由度工业机器人用于中医推拿按摩康复机器人的执行机构。方法 通过机器人位置反解,得出影响机器人工作空间的关节转角表达式,给出工作空间的数学描述。利用机器人运动螺旋系的线性相关性建立机器人奇异位形的判别准则,得到机器人发生奇异的运动学条件和奇异位形曲面解析方程,以避免机器人在奇异位形及其附近作业。借助MATLAB软件,探索机器人位置工作空间边界和奇异位形的分布曲面,直观地表示机器人工作空间的形状和大小,以及奇异位形对工作空间的分割情况。结果 为了满足作业任务的包容性要求,针对机器人的结构特点,提出描述机器人位置工作空间的方法。为改善当前按摩设备手法单一,无法实现适宜不同对象的个性化康复理疗方案的缺陷,设计出多关节多指推拿按摩机械手。结论 通过研究机器人手腕和多关节多指的运动学,实现了适宜个性化按摩理疗所需的手法,并为影响按摩效果的运动学和动力学刺激量的控制提供了理论基础。     

移动机器人头-眼关系的自标定算法

针对一种特殊的仿人双臂移动机器人,基于双目视觉算法,在分析其运动关系的基础上,利用移动机器人的本体手臂,采用几何法和位姿分离法相结合的算法,对仿人机器人头部相机的位姿进行了标定.该标定算法无须外部标定模板,可快速准确地建立移动机器人视线坐标系和基础坐标系的位姿转换矩阵.实验结果验证了该标定算法的有效性,算法能满足移动机...     

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。     

轨道不平顺模拟器位姿反解解算及坡道模拟

为了实现轨道不平顺室内模拟,对轨道不平顺模拟器的双六自由度模拟平台位姿反解进行研究. 结合双六自由度模拟平台几何参数,在14个作动器空间向量表述基础上,利用齐次坐标矩阵建立了轨道不平顺模拟器双六自由度模拟平台位姿反解数学模型. 建立了坡道模拟对应的双六自由度模拟平台位姿协调关系模型,借助于Matlab/Simulink仿真模型进行了位姿反解解算,通过仿真模型解算结果与几何理论计算结果分析对比,表明了两种计算方法结果具有很好的一致性,验证了所建反解数学模型、位姿协调关系模型及仿真模型的准确性.      

三自由度并联机器人机构位置反解和奇异位形研究

提出一种三自由度3-PRRU并联机器人结构,本文先采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了该机器人运动学方程,分析得出其位置反解,并通过对Jacobi矩阵的分析,得出了该机器人处于奇异位形条件方程,这一研究为机器人的控制策略研究奠定了基础.     

一种新型四自由度并联机器人

提出一种用铅垂导轨上4个滑块作为原动件的新型四自由度并联机器人。该并联机器人的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该并联机器人的运动学建模方法,给出了运动学正、逆解,用Grassmann几何法分析了该并联机器人在其工作空间人不会出现奇异形位。基于该四自由度并联机器人可以非常方便地开发具有大工作空间的五轴联动数控机床。     

基于反螺旋理论的2-PTR&PSR并联机器人的奇异位形研究

运用反螺旋理论的方法,对2-PTR&PSR并联机器人进行奇异位形分析。应用几何法,求解出机构的反螺旋,进一步得到机构的约束雅可比矩阵和驱动雅可比矩阵,以及全雅可比矩阵;通过计算分析,2-PTR&PSR并联机器人无约束奇异,当任意一个支链上的连杆与其联接的移动副轴线垂直时,产生结构奇异;最后通过数值仿真得出机构的奇异位形3维曲面.