面向托卡马克第一壁检测的超冗余机械臂运动学分析

针对托卡马克第一壁大范围高精度检测的需要,设计了一种超冗余13-DOF宏微式机械臂.为解决超冗余机械臂运动学计算快速性与精确性之间的矛盾,提出了一种考虑机械臂作业环境结构的运动学算法.该算法利用宏机械臂平面多连杆的构型特点和圆弧形的运动轨迹有效降低了逆运动学计算的复杂性.利用摄动法解决了微机械臂处于奇异位置时,运动学逆解无法解析求取的问题,借助能量最优原则唯一确定存在多解或无穷多解时逆解的选取.最后通过仿真验证了该运动学计算方法的有效性.     

基于FPGA的机器人正逆运动学算法实现

针对主-从式手术机器人在运动控制中的高速计算需求,利用FPGA技术构建了专用的机器人主-从手臂的运动学硬件模型,在微秒级的时间内实现了复杂的主机械臂模型正解和从机械臂模型逆解的计算,实际实验结果表明:由FPGA实现的机械臂正、逆运动学计算与理论计算结果相一致,计算误差能够满足系统的控制要求.该方案降低了机器人运动学算法的计算时间.     

基于位姿分离法的模块化机械臂逆运动学分析

分析了7自由度冗余机械臂的运动学正逆解, 采用Denavit-Hartenberg(D-H)坐标法进行正运动学建模, 获得机械臂末端相对于基座的空间位姿; 采用位姿分离法进行逆运动学建模. 求位置逆解时, 由约束条件分别获得前4个关节角位移解析解; 求姿态逆解时, 采用欧拉角表示机械臂末端相对于基座的姿态, 减少了计算量. 以SCHUNK模块化7自由度机械臂为例,进行了运动学正逆解分析, 并基于虚拟样机进行了仿真验证.     

大型水轮机叶形现场检测机械臂运动学分析

针对混流式水轮机叶片复杂的空间型面及叶片间的狭窄间距,设计了结构新颖的5个自由度水轮机叶形现场检测机械臂,并介绍了其主要结构特点及工作原理;采用Denavit Hartenberg法建立了该多关节机械臂完整的运动学模型,并给出了在2种实际工作状态即θ=-θ3和θ2≠-θ3时的运动学逆问题解.研究结果表明:此新型结构能够满足水轮机叶片现场检测的特殊要求,并使得控制简单、操作方便.该运动学模型的逆解完备,利于动力学及相关控制的进一步研究.     

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.     

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...     

七自由度仿人机械手的逆运动学分析

对一种7自由度仿人机械臂进行了运动学分析,在求出正运动学问题的基础上,运用位姿分离的方法对其逆运动学进行了运算。这种方法计算量比较小,适合实时控制。在MATLAB环境下,用Robotics Toolbox工具箱对该机器人的逆运动学、运动轨迹等进行了仿真,验证了计算的正确性。     

基于小生境遗传算法的机械臂运动学逆解

在基本遗传算法的基础上,针对求解机器人运动学逆解的特殊性,引入小生境遗传进化的方法,有效地防止了遗传算法的早熟,从而可以求出所有可能的逆解。同时,通过双层进化机制加强了遗传算法的局域搜索能力,加快了遗传算法的收敛进程。该算法在对非冗余度机械臂与冗余度机械臂的实例计算中都取得了较理想的结果。     

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。     

机械臂运动学和动力学的李群表述

D-H参数法已经被广泛应用到机械手运动建模及分析中,但其所描述的运动都是围绕着x轴和z轴,而不能反映出y轴的运动。为了解决这个问题,本文采用旋量理论的方法,用旋量来表述出将机械臂的位置和姿态,并进一步分析机械臂的运动学和动力学。相较于传统的D-H法计算运动学正解,旋量理论是从整体上对机械臂的运动进行表述,且不需要中间参考系,几何意义清晰。利用Paden-Kahan子问题分析肘机械臂的逆运动学问题,计算出其运动学逆解,并利用旋量理论和李群-李代数,通过Newton-Euler法建立了高效的递归动力学模型。最后对于用旋量理论求出的肘机械臂运动学逆解进行仿真验证,并计算出其工作空间,结果表明用旋量理论的方法更加简洁、精确、高效。     

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.     

一种机械臂运动学研究及3D仿真平台构建

针对川崎机械臂FS03N的构型特点,提出了一种逆运动学的求解方法。采用DH法建立了机械臂的连杆坐标系,得到正运动学方程,通过变量分离将机械臂姿态采用欧拉角表示,得到了机械臂位姿的一组广义坐标。通过对FS03N的构型分析,采用几何法与反变换法相结合的方法,以解的组合关系为基础,得到了机械臂的8组封闭解。建立了基于Matlab的机械臂算法验证与3D仿真运动平台,验证了逆运动学解算的正确性,为机械臂的轨迹与路径规划提供了前提条件。     

凿岩机器人钻臂的运动学研究

为实现凿岩机器人钻臂在凿岩过程中的自动定位,建立了多关节钻臂的运动学方程;根据钻臂的实际工作特点和工作范围提出了一种求逆解的方法．运算结果表明,该方法可以成功地实现快速、精确求解,具有较高的实用价值．     

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.     

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。     

一种基于A*算法的空间多自由度机械臂路径规划方法

针对机械臂在运动过程中可能会与工作环境中的障碍物发生碰撞的问题,文章提出了一种基于A*算法的机器人避障路径规划算法。在给定的避障环境下运用A*算法搜索一条给定的自起点到终点的最优避障路径,考虑到机械臂在运动过程中的稳定性,采用二次B样条曲线对该路径进行平滑优化;根据标准的D-H法对机械臂进行建模,建立机械臂的运动学方程,并求取一组能够最优实现避障路径的运动学逆解;检测机械臂本体与障碍物是否发生碰撞,若发生碰撞,结合机器人逆解的多解性,重新选择最优的一组可行解。通过软件Solidworks建立虚拟样机导入ADAMS软件进行仿真实验,最终验证了基于A*算法的空间多自由度机械臂避障路径规划的有效性和可行性。     

关节角参数化结合接近矢量可行方向的五自由度机械臂逆运动学求解

五自由度的机械臂无法达到任意位姿，采用传统的位姿描述方式进行逆运动学求解时，极易产生无解的情况。文中以一种适用于清洁、喷涂、焊接等作业的、由4个旋转关节和1个移动关节构成的五自由度机械臂为例，建立运动学模型并进行逆运动学分析，在此基础上，提出一种关节角参数化结合接近矢量可行方向的逆运动学求解方法。该方法基于自由度约束的末端位姿描述，先通过关节角参数化将末端执行器的运动空间由三维降为二维，再采用几何法分析末端执行器在不同目标位置（远端、中间端、近端）时的接近矢量的可行方向，从而避免参数盲目取值，确保运动学逆解的存在，然后根据运动连续性和各关节的运动范围从中筛选出最优解。路径规划仿真结果表明，实际路径与规划路径非常吻合，关节运动平稳，证明了所提方法的可行性和准确性。文中研究的五自由度机械臂具有一定的代表性，逆运动学求解方法计算复杂度低，求解过程较为简便，求解思路可为欠自由度机械臂的逆运动学求解提供借鉴。     

机械臂工作空间全局相对可操作度图的构建方法

针对机械臂工作空间的灵活性问题,提出了一种全局相对可操作度图的构建方法。该方法首先将机械臂工作空间进行网格化处理,得到离散位置;然后在离散位置的均布小球上建立直角坐标系,通过绕坐标轴旋转的方式完成机械臂姿态的离散;而后将每个离散位置上的位姿进行逆运动学解算,并计算得到该位置上的最大相对可操作度;最后采用可视化的方法绘制出机械臂工作空间的相对可操作度分布图,进而揭示机械臂在其工作空间内的灵活性分布规律。该方法为机械臂的设计提供了相关理论依据,为机械臂的任务操作规划奠定了基础。     

折叠双臂式机器人的运动学与工作空间分析

针对薄煤层勘探与灾后搜救机器人的需求,结合其特殊的工作环境,提出一种新型井下移动机器人;该机器人两侧装载了七自由度冗余机械臂,兼具狭小空间通过能力强与工作范围大两个特点。使用SOLIDWORKS软件建立了机器人的整体三维模型;通过D-H(Denavit-Hartenberg)法,建立了机械臂的运动学模型;并求出了其运动学正解。采用二次计算法,求出了机械臂的运动学逆解;使用基于蒙特卡洛法的仿真方法,进行了机器人的工作空间分析,仿真结果表明,该折叠双臂式井下勘探搜救机器人在双臂折叠状态下体积较小,狭小空间通过能力强;在双臂伸展状态下具有相当大的整体工作范围与协调工作空间,拥有较强的大范围灵活操作的能力,可满足较为复杂的任务需求。     

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...