2DOF空间3-RPS并联机器人位置运动学混合算法

空间2自由度并联机构可用于高作用力下精确控制姿态的两个分量的工作场合.建立了2自由度3-RPS并联机器人的位置运动学约束方程;对其正逆运动学算法进行了讨论.对求解并联机器人位置正解的杆长搜索法进行了改进,并结合解非线性方程组的拟牛顿法,提出了一种能解决方程组多解并且计算精度较高的混合算法,推导了2自由度3-RPS并联机器人位置反解的求解过程.通过实例验证了算法的正确性和所能达到的精度.     

基于入侵性杂草优化的机械手逆向运动学求解

为了有效提高机械手控制中逆向运动学求解的速度和准确度,提出一种基于极限学习机-入侵性杂草优化的机械手逆向运动学求解方法;建立工业六自由度机械手的正向运动学模型,并利用训练较快的极限学习机计算机械手关节角度向量,即输出机械手关节逆运动学初解;利用入侵性杂草优化算法对得到的初始逆解进行优化,取最小适应度时的杂草位置作为输出...     

机器人逆运动学的微分进化与粒子群优化BP神经网络求解

针对采用传统反向传播(BP)神经网络算法进行逆运动学求解收敛速度慢的问题,提出将微分进化(DE)与粒子群优化(PSO)算法相结合,对用于机器人逆运动学求解的BP神经网络进行优化。基于机器人正解映射建立优化算法的目标函数,在PSO过程中,引入DE操作优化粒子进化方向,并将此混合算法用于BP神经网络权值与阈值的优化。对KUKA机器人进行仿真实验,结果表明:采用该文方法对机器人逆运动学问题的求解精度高,求得的关节角度误差小于0.1°;逆运动学求解结果所对应位姿矩阵的位置误差在0.1 mm数量级,具有较好的泛化能力。该文方法满足机器人位置和姿态方面的精度要求。     

基于遗传算法的柔型多功能机运动学逆解

在分析运动学逆解方法的基础上,应用遗传算法求解柔型多功能机器人运动学逆解,给出了用于优化求解的适合度函数,并应用二次编码法提高解的精度。计算机模拟结果证明：该方法能快速收敛于全局最优解,能给出柔型多功能机器人的可能解,并能计算冗余度机器人的逆解。     

通用型六自由度工业机器人的运动学分析

针对六自由度工业机器人运动学分析和轨迹规划过程中的计算烦琐问题,以通用型六自由度工业机器人为研究对象,在Matlab环境下,利用Robotics Toolbox工具箱对该机器人进行运动学建模,并建立该机器人的D-H模型,对其进行运动学求解和轨迹规划与仿真。实验表明,Robotics Toolbox工具箱极大地简化了通用型六自由度工业机器人运动学分析的正、逆解的求解过程,并且能直观地显示机器人的运动特性、参数和轨迹。对通用型这类六自由度工业机器人的研究与应用具有重要的价值。     

一种求解冗余机械臂逆运动学的自适应动态差分进化算法

针对冗余机械臂逆运动学难以直接求解且具有多解的问题,提出一种基于改进差分进化算法的逆运动学求解方法.以KUKA LBR iiwa七自由度机械臂为研究对象,验证该方法的有效性.针对基本差分进化算法易陷入局部搜索问题,引入自适应变异操作和随机变化交叉操作,使算法可根据迭代进程调整搜索强度.基于Denavit-Hartenb...     

机械臂逆运动学避障最优求解算法

针对多自由度机械臂在障碍物环境下逆运动学求解存在多解性和碰撞问题,提出了一种将碰撞检测算法、最短行程方法与差分进化算法相结合的具有避障能力的机械臂逆运动学最优求解算法。首先,以六自由度机械臂为研究对象,对机械臂和障碍物进行建模,并建立求逆运动学解的目标函数,目标函数由末端执行器位姿误差函数、目标角度与初始角度之间的变化量函数、碰撞检测函数加权求和组成;其次,利用差分进化算法对目标函数进行最优求解,为了减小函数权重对求解速度和精度的影响,设计了一种自适应权重优化算法,使得求解关节角度在优化求解初期快速达到最短行程位姿角度附近,而在优化求解后期具有更高的求解精度,即可求得具有避障能力、行程最短且高精度的最优逆运动学解;最后,以UR5机械臂为例,通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox工具箱对所提算法进行仿真验证,验证了所提算法的有效性。     

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.     

用对数函数描述收敛因子的改进灰狼优化算法及其应用

针对灰狼优化(grey wolf optimization,GWO)算法在求解复杂高维优化问题时存在解精度低、易陷入局部最优等缺点,提出一种基于对数函数描述收敛因子的改进GWO算法。采用佳点集方法初始化种群以保证个体尽可能均匀地分布在搜索空间中;提出一种基于对数函数描述的非线性收敛因子替代线性递减收敛因子,以协调算法的勘探和开采能力;对当前最优的3个个体执行改进的精英反向学习策略产生精英反向个体,以避免算法出现早熟收敛。研究结果表明改进算法具有较好的寻优性能。     

复杂多关节机械臂建模及逆运动学比较分析

针对含多种关节类型的复杂机械臂的建模问题, 在 D鄄H 参数法中引入虚拟关节建立运动学模型。 考虑机械臂逆运动学存在多解、 精度和实时性的问题, 通过4 种不同的 PSO(Particle Swarm Optimization)优化算法: 线性递减权重的粒子群(LPSO: Linear Decreasing Weight Particle Swarm Optimization)、 基于杂交的粒子群优化(CBPSO: Crossbreed Particle Swarm Optimization)、 基于模拟退火的粒子群(SAPSO: Simulated Annealing Particle Swarm Optimization)和混沌粒子群优化(CPSO: Choas Particle Swarm Optimization)进行计算。 随机选取工作空间的位置点, 验证优化算法能有效计算机械臂逆运动学解, 并对执行时间、 位置误差等方面进行了比较分析。 实验结果表明, 改进的 CBPSO 算法能有效计算复杂多关节机械臂的逆运动学解, 同时满足实际作业中对实时控制的要求。     

一种7DOF机械臂逆运动学解析算法及其应用

针对传统的基于雅可比矩阵最优解的数值方法对于有着冗余自由度的7自由度(7DOF)的机械臂逆运动学求解有着计算量大、只能求得单一解的不足,提出一种逆运动学的解析算法.在传统6维位姿矩阵的基础上,额外提出一个elbow angle 新约束,利用位姿目标矩阵和该elbow angle 共7维约束推导出7DOF机械臂逆运动学的...     

基于偏置补偿的6自由度腕部偏置机器人逆解算法

串联6自由度腕部偏置机器人一般没有实用的封闭形式位置逆解.根据几何特征分析,以对应的腕部无偏置机器人的封闭解为基础,通过对腕部偏置量的平移补偿和对手腕位置点坐标的迭代修正,得到了腕部偏置机器人位置逆解的数值解.算法保证了末端姿态的正确性.根据末端位置精度要求控制迭代次数,可以得到任意精度的位置逆解.逆解过程中各关节变量的计算采用腕部无偏置机器人的封闭解,使得程序具有通用性.大量的数据试验表明,该算法可以满足实时控制要求.     

Delta并联机器人装配误差分析与补偿

针对工业应用中并联机器人运动规划与控制的精度需求,提出一种基于多样性反馈的自适应粒子群优化算法(APSO)来提高并联机器人精度。利用机器人机构闭环矢量关系得到运动学正逆解;并应用基于多样性反馈的自适应粒子群优化算法将结构参数优化问题转化为非线性系统优化问题。通过对机器人驱动电机转角进行优化,使得机器人在工作空间内具有理想的工作精度。以SRBD型号Delta型并联机器人进行试验验证,仿真结果可达到10~(-3)毫米级别,验证了方法的有效性用。     

茄子采摘机器人运动学分析与工作空间仿真

为实现4自由度关节式茄子采摘机器人的精确控制,对其进行了运动学分析和工作空间仿真.利用Dellavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解;根据机器人的工作特点,采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解.采用基于Matlab的数值解法求解了机器人的工作空间,并进行了仿真.工作空问仿真结果表明:设计开发的4自由度采摘机器人结构设计合理,能够满足温室栽培模式下茄子采摘的要求.     

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．     

一种基于差分进化和灰狼算法的混合优化算法

针对差分进化易陷入局部最优和灰狼算法易早熟停滞的缺点,提出了一种基于差分进化(DE)算法和灰狼(GWO)算法的混合优化算法(DEGWO)。该算法利用差分进化的变异、选择算子维持种群的多样性,然后引入灰狼算法与差分进化的交叉、选择算子进行全局搜索。在整个寻优过程中,反复迭代渐进收敛。选取此3个测试函数进行仿真验证,结果表明,混合优化算法相比于DE算法和GWO算法,其求解精度、收敛速度、搜索能力都有了显著提高。     

基于可操作度评价的冗余机器人逆解求解方法

针对拟人机械臂中七自由度逆解的无穷解问题,提出了一种基于可操作度评价的快速求解运动学逆解的几何方法.首先分析了七自由度的构型理论上说明无穷解的原因;然后从人类手臂运动行为的角度,以机器人末端运动方向上操作度最大的原则将无穷解问题转换为确定性问题,进而利用几何解法的优势,快速求解出逆解结果;最后以安川SDA10D拟人机械臂为实验对象对算法进行验证,实验结果证明本方法具有实时性,计算结果在理论上无误差.     

基于自运动的仿人七自由度机械臂逆解算法

基于七自由度(seven degrees of freedom,7-DOF)机械手臂的结构和自运动特性,提出通过对关节位置进行几何分析,求解机械臂逆运动学的方法.该方法在自运动构型的基础上,以0坐标系为其他坐标系的基系,根据同一向量在不同坐标系之间的投影特性与关节角之间存在着的对应关系,实现对七自由度机械臂逆运动学的求解.该方法能够求解出针对任一特定末端位姿的所有理论逆解.通过引入机械臂优化的二次目标,对所有理论逆解进行优化,可得最优逆解用于机械臂控制.与梯度投影法等通用算法相比,该方法具有直观简练、计算量小等优点,且不同的末端位姿求解过程互不影响,对系列性末端位姿连续求解不存在累积误差.     

结合旋量理论和代数方法的六自由度机械臂逆运动学求解算法

针对六自由度且具有相互平行的3个相邻关节轴的串联式机械臂逆运动学问题,提出一种结合旋量理论与代数方法的逆运动学求解方法。首先,通过旋量理论建立运动学模型,利用Paden-Kahan第1类子问题求解第1关节角度;其次,采用欧拉角理论,通过代数方法求解第5、6关节角度;最后,再次利用Paden-Kahan第1类子问题求解第2、3、4关节角度。以UR5协作机械臂为例,计算逆运动学得出8组解,其中逆解的最大位姿误差为10~(-15)数量级,证明了提出的逆运动学求解算法的准确性。     

非球型手腕6R机器人实时逆运动学算法

针对非球型手腕6R机器人,设计并实现了满足工业实时性和高精度要求的逆运动学算法.采用基于Liu方法的析配消元过程和雅可比伪逆法相结合的逆解方法,析配消元过程中引入矩阵条件数来确保选出更"好"的矩阵作进一步计算,对于矩阵条件数过大或矩阵无实数域特征值的情况,切换到雅可比伪逆法,使得原Liu方法不可解的位置(即关键矩阵均不满秩的情况)可以求解.对任一型号的6R机器人只需要一次符号计算得到各关键矩阵,然后将一元16次方程的求解转化为矩阵特征值的求解,减少了累积误差,提高了运算精度.实验结果表明:提出的算法平均计算时间为0.37ms,描述机器人末端位姿误差的综合指标达到1×10-10以内.