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.     

利用共形几何代数的平面并联机构位置正解求解方法

提出了一种基于共形几何代数(CGA)求解所有1 140种由转动副和移动副任意组合而成的平面并联机构的位置正解解析法。应用组合数学理论阐明了由转动副和移动副组成的平面并联机构共有1 140种类型;根据各支链的长度约束条件,建立了涵盖1 140种平面并联机构类型的等效机构模型;应用共形几何代数框架下的刚体平移和旋转运动表示,建立了等效机构模型的位置正解数学模型,只需通过简单的线性消元,即可推导出该位置正解问题的符号形式一元六次输入输出方程,从而可快速获得该问题的全部解析解,无增根也无漏根。基于计算机代数计算系统Maple16进行编程,通过2个数字实例验证了方法的正确性和有效性。     

平面2自由度冗余并联机构的运动学分析

该文详细描述了机构运动学分析中的位置正解和位置逆解之间的关系,分析了解析法和代数法求解的优缺点。利用代数解析法原理分别求出一种平面2自由度冗余并联机构的运动学逆解和运动学正解,通过解的对比可知,逆解不唯一,共有8组,正解也不唯一,共有2组。利用位置方程求出速度雅克比矩阵的表达形式。利用MATLAB软件,对该机构的运动轨迹包括沿直线行走和沿圆弧行走的轨迹进行运动学仿真,求解出速度、加速度曲线。     

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.     

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.      

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.     

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.     

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.