服务机器人拟人臂和底盘运动学建模

针对服务展示移动平台拟人手臂抓物体和移动问题,将其分为移动定位底盘和拟人抓取手臂两个基础部分。首先,构建了基于MDH法的连杆坐标系,其次从正、反运动学描述两个方面对拟人手臂进行了坐标系建模。再次把展示服务平台建模成驱动轮上的一个刚体,该服务展示平台移动定位底盘的总维数是三个:两个为移动平面中的位置信息;一个为垂直移动平面的旋量信息。最后,利用Open GL与VC6.0对四轴拟人手臂进行了仿真实验,验证了正、逆运动学求解工程的正确性。实验结果表明,该运动学建模能够反应出服务机器人真实运动情况。     

拟人服务机器人运动学解耦算法研究

针对拟人服务机器人的手臂运动控制问题,提出了一种求解机器人逆运动学的新方法.7自由度串联机器人的逆运动学解是一个高度复杂的非线性问题,解的存在性并不是唯一的,因此逆运动学方法得到了广泛的关注.首先,提出了一种神经网络的学习方法,使神经网络同时表示从任务空间坐标到关节空间坐标的位置和速度关系.然后,为了得到有效的学习算法...     

五自由度关节式机械臂运动学分析与仿真

由于服务机器人机械手臂具备五自由度,空间自由运动柔性高和刚度强,被广泛应用娱乐服务。针对家用娱乐机器人的手臂运动问题,利用各关节的相对关系得到了运动学描述。首先,定义了初始零位,同时利用MDH法建立了连杆坐标系。其次从正、反运动学建模两个方面对娱乐机器人手臂进行了运动学描述。再次,利用MATLAB数学工具箱验证了正、逆运动学求解工程的正确性。最后,利用Open GL与VS软件程序实现对手臂进行了仿真实验。仿真结果表明,该虚拟场景能够反应出拟人手臂在三维视景中真实运动情况。     

拟人机器人运动学分析

由于拟人机器人自由度数目众多而且不存在一般工业机器人那样的固定基座,使用常规方法对其进行运动学分析并不是很合适。仿人机器人的13杆几何模型提出了一种新思路,即利用统一的模型对拟人机器人任何动作进行运动学的分析计算,并推导出了拟人机器人正、逆运动学的计算公式。最后利用3DS MAX3.0进行了动画仿真,验证了该方法和所推导公式的正确性。     

机械臂逆运动学算法推导与实验研究

针对求解机器人操作臂逆运动学问题,在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出一种简化实用的机械臂解析运动学模型,通过该运动学模型求取逆运动学方程,从而实现在控制系统中的实时计算.最后,进行机器人手臂抓取的仿真实验及把该算法模型应用于机器人的轨迹规划系统实物抓取实验.实验表明,采用该解析运动学模型能实现对目标物体的准确抓取.     

7自由度串联机器人运动学分析

以北京某大学自行研制的7自由度串联机器人为研究对象,对其运动学正解和逆解进行分析和研究。应用旋量方法推导出该机器人的运动学正解求解方程。在运动学正解求解方程基础上,采用位姿分离方法,将7自由度串联机器人的运动学逆解问题分解为位置逆解和姿态逆解两部分,并结合几何法和最短行程原则优化计算位置逆解和姿态逆解,继而完成了该机器人的运动学逆解求解。仿真结果验证了该7自由度串联机器人运动学逆解求解方法的正确性,且证明了该方法具有运算量小和精度高等特点。     

连续型机器人运动学的平面圆弧法建模与实验研究

针对当前连续型机器人的运动学逆解求解复杂、低效这一问题，提出了一种基于平面圆弧法的运动学建模方法，其具有运动学逆解求解简单、高效的特点。利用该方法在平面内拟合连续型机器人的弯曲运动形状，建立其运动学模型，分析其驱动空间、关节空间和操作空间的映射关系，并描述其工作空间。分析连续型机器人在平面内弯曲形状的几何约束，建立关节空间变量之间的数学关系，降低求解复杂逆运动学问题的难度。对机器人末端执行器的位置和驱动线长度变化曲线进行仿真分析，求解逆运动学的有效解，并研制原理样机进行样机实验，实验表明该运动学模型的正确性以及逆运动学求解方法的有效性。     

基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂运动学研究

针对目前机器人拟人手臂的结构特点及局限,提出一种将Sarrus结构作为运动关节的新型手臂,并设计一种基于Sarrus结构的5自由度拟人手臂.为验证该优越性并研究其工作空间,同时为结构设计优化提供基础,用齐次坐标变换法对正向运动学进行分析,推导出腕部质心到基准坐标系的姿态变换矩阵,并通过数值计算,得到手腕质心的轨迹曲线.分析结果表明基于Sarrus结构的拟人手臂在具备一般机器人手臂性能的同时,还具有高度的柔性;采用这种新型关节的手臂能够克服自身连杆的限制,并且能够在结构上进一步拓展其工作空间,满足不断变化的工作和环境需求.     

ABB1410工业机器人的旋量运动学逆解方法

为了高效可靠实现工业机器人逆运动学求解,针对常见6自由度工业机器人"后3关节轴线相交,关节2、3轴线平行且与关节1轴线异面垂直"的结构特点,以ABB1410机器人为对象,建立旋量运动学模型,将几何关系法与PadenKahan子问题相结合,提出了一种运动学逆解方法。该方法首先利用机器人腕部点和前3关节轴线之间的几何关系求解关节角1,再将后5个关节角的求解转化为3个Panden-Kahan子问题1和1个子问题2,完整地给出了逆运动学封闭解。通过实验验证了该逆解算法的准确性和实用性。     

七自由度手臂运动控制与轨迹插值

针对七自由度拟人手臂运动控制与轨迹平滑的相关问题,进行了相关运动学算法和轨迹插值算法的研究。首先,根据七自由度拟人手臂的机械结构和冗余轴运动特性,建立了基于MDH法的连杆坐标系,其次从正、反运动学建模两个方面对拟人手臂进行了运动控制描述。然后,深入研究了拉格朗日插值算法,从而构造出平滑曲线。最后,利用MATLAB的机器人工具箱和绘图工具箱对拟人手臂进行了运动和规划仿真实验,从而验证了正、逆运动学封闭解和拉格朗日插值算法的正确性。     

7自由度拟人臂仿人运动的逆运动学解析解

为了求解末端位姿已知时拟人臂的仿人臂姿,以人臂运动特性为依据,针对7自由度拟人臂提出了一种新的逆运动学求解方法。该方法将人臂的末端运动转化为腕部的达点运动,利用肘部的自运动理论解耦了人臂的冗余度,并结合最小势能指标确定了自运动角。在利用末端位姿确定腕部位置的基础上,依据自运动角求解肘部位置,进而推导出拟人臂仿人运动的逆运动学解析表达式。试验和仿真结果证明了该方法解的仿人性和连续性。最后,从拟人臂的运动灵活性的角度分析了方法的失稳现象,结果表明自运动角发生突变时拟人臂奇异。该方法属于解析方法,有利于对拟人臂进行实时的仿人运动控制。     

(2SPS/U)&(2SPS/RR)型并联拟人机械臂的设计与运动学分析

针对现有仿生拟人机械臂连续性差、稳定性差和惯性冲击大的问题,提出了一种新型并联拟人机械臂,可以模拟人的腕关节、肘关节、肩关节动作,采用(2SPS/U)&(2SPS/RR)的二级耦合并联机构来驱动各个关节动作。为得到其运动学正反解,利用封闭矢量法和牛顿迭代法计算得到两级并联机构的运动学正反解;并将整个拟人臂的机构构型进行简化,基于D-H法对整个机构进行了位置正反解的计算和验证。     

A modular cable-driven humanoid arm with anti-parallelogram mechanisms and Bowden cables

This paper proposes a novel modular cable-driven humanoid arm with anti-parallelogram mechanisms (APMs) and Bowden cables. The lightweight arm realizes the advantage of joint independence and the rational layout of the driving units on the base. First, this paper analyzes the kinematic performance of the APM and uses the rolling motion between two ellipses to approximate a pure-circular-rolling motion. Then, a novel type of one-degree-of-freedom (1-DOF) elbow joint is proposed based on this principle, which is also applied to design the 3-DOF wrist and shoulder joints. Next, Bowden cables are used to connect the joints and their driving units to obtain a modular cable-driven arm with excellent joint independence. After that, both the forward and inverse kinematics of the entire arm are analyzed. Last, a humanoid arm prototype was developed, and the assembly velocity, joint motion performance, joint stiffness, load carrying, typical humanoid arm movements, and repeatability were tested to verify the arm performance.     

基于强化学习的机器人手臂仿人运动规划方法

面向人-机器人交互共融环境对机械臂仿人运动规划的重大需求,本文提出了一种基于强化学习的机器人手臂仿人运 动规划方法。 首先,基于人体手臂的结构特征,设计了体现机械臂运动特性的肩夹角、肘夹角和腕关节运动角,并采用正态性和 相关性分析方法,对 VICON 运动捕捉系统获取的人体手臂运动数据进行分析,以获取人臂运动特性规则。 然后,根据不同的运 动特性规则,设计对应的回报函数,并采用强化学习方法进行机械臂仿人运动模型的训练。 最后,搭建机械臂仿人运动平台,实 验统计仿人运动的成功率为 91. 25% ,验证了所提规划方法的可行性和有效性,可用于提高机械臂运动的仿人性。     

youbot机械臂运动学及仿真

Kuka youbot机械臂广泛地运用于教学和科研,且在工业自动化均有广泛应用。以Kuka-youbot机械臂为研究对象,首先,建立运动学(D-H法)模型;其次,对机械臂的正向、逆向运动学进行代数求解;最后,运用Matlab软件对机械臂末端可达空间进行仿真,为机械臂轨迹规划等问题建立基础。     

仿人机器人头部设计及目标跟踪研究

设计了一种结构紧凑、光机电一体化的机器人头部.该头部具有仿人的3个自由度及外观造型,其颈部基关节采用差动机构,实现了耦合的俯仰和侧摆运动.头部内置2台高速相机,由1台PC处理视觉信息.采用分层控制结构,底层关节FPGA控制器和视觉处理PC分别通过串行总线和以太网连接上层中央控制器.采用了一种简单的基于位置的目标跟踪策略,并结合此策略提出了一种基于虚拟伸缩臂的D-H法求解逆运动学.     

冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法

冗余仿人臂有无穷多组逆运动学解满足末端位姿要求,但由于其连杆机构与形状的设计仿人臂每个自由度都有关节位置物理约束。为使所求取的逆运动学解最大化地远离仿人臂关节限位,提出冗余仿人臂(8-DOF)一种几何-数值迭代相结合求解逆运动学问题方法,该方法在计算出仿人臂逆运动学解几何表达式基础上,以仿人臂的“远离限位度”指标构建适应度函数并以此为寻优目标,通过粒子群优化方法(Particle swarm optimization,PSO)搜索冗余关节角最优组合,并获得满足仿人臂末端位姿要求的最优逆运动学解。该方法不仅解决了冗余仿人臂逆运动学多解问题,而且所求关节角不存在理论误差、求解速度快及所求关节角远离关节位置限位裕量大的优点,仿真试验验证了该方法有效性。     

基于姿态库的危险品检测机械臂远程控制

考虑危险品采样的特殊性以及远程遥控多自由度机械臂灵活性不高的问题,提出了一种基于姿态库的机械臂远程控制方法.首先,分析了机械臂运动学,在控制器中搭建了机械臂正解模型和逆解模型的应用层;然后,通过示教多个常用于采样危险品的姿态,在控制器里搭建了姿态库控制的应用层;最后,通过无线通信实验和有无姿态库对比实验,验证了基于姿态库的机械臂远程控制方法的有效性和实用性.     

电动上肢运动康复系统建模及运动学仿真研究

文中设计了一款电机驱动医疗康复机械臂,并对机械臂的运动过程进行仿真分析,研究其在运动过程中的安全性和可靠性。主要研究内容包括对机械臂进行机械结构设计,利用SolidWorks软件完成建模工作;对机械臂进行正运动学分析和逆运动学分析,建立运动学方程;在Adams环境下对机械臂进行运动学分析,分析机械臂的运动轨迹和运动速度。     

电动助力转向系统Sugeno型模糊及PID的滤波控制研究

在阐述车辆电动助力转向系统结构与工作原理的基础上,建立其动态数学模型。针对助力电机目标电流输出控制的特点,建立了Sugeno型模糊控制器,同时采用PID闭环反馈控制助力电机实际电流,并由幅频复合滤波对控制信号进行滤波处理,从而进一步提高了控制效果。模拟仿真、硬件在环仿真试验结果表明,该设计方法对控制性能的改善是明显的。