基于遗传粒子群的PUMA机器人逆运动求解

在优化机器人动态特性的中研究,由于机器人逆运动问题.随着运动关节的增多,逆运动求解问题越来越复杂,要建立通用的解析算法相当困难.针对目前运用的粒子群算法求解时收敛精度不高、易陷入局部最优的情况,提出利用遗传粒子群优化算法求解机器人逆运动问题.运用D-H表示法建立机器人数学模型,然后从正向运动方程出发建立优化算法的目标函数,在粒子群算法中引入遗传操作求解问题.对PUMA机器人的仿真结果表明,改进方法提高了机器人位置和姿态方面的求解精度,达到了有效计算及控制机器人参数的效果.     

一种新的机械手运动方程求解方法

本文在分析了多关节机械手臂运动关节与手腕姿态关系的基础上，提出了一种新的机械手运动方程求解方法，这种方法与传统的Ｄ－Ｈ算法相比大大减少计算运动方程正逆解的计算量，这对提高通用多关机器人的控制速度是有用的。本文还给出了采用新算法对Ｍｏｖｅｍａｓｔｅｒ－ＥＸ机器人运动方程的正逆解与传统Ｄ－Ｈ算法的比较。     

约束条件下的巡线机器人逆运动学求解

高压输电线路巡检机器人是一种多关节悬挂运动机构,要实现其运动控制就需要根据机器人的本身机构特点和悬挂系统的运动约束条件进行运动学分析.本文利用微分扭转法对巡线机器人的正向运动学进行了求解,并通过对机器人悬挂系统的力学分析,得到了机器人运动学的约束条件,并在这种约束条件下,采用了一种可用来进行实时控制的迭代循环坐标下降(CCD)算法,来进行机器人的逆运动学求解.这种迭代算法对于有运动约束系统的逆运动学求解具有较强的适用性,而且它具有较好的收敛性和有效性,适合于在线计算,便于巡线机器人的实时运动控制.     

基于Paden-kahan子问题的冗余度机器人运动学求解

针对7DOF机器人的逆运动学求解问题,提出了一种可提高运动控制精度的混合算法.这种算法使用 旋量理论来描述机器人的运动.它首先求出对运动学性能指标进行优化的速度级逆解;然后固定一个特殊关节,将 问题转化为非冗余度机器人的运动控制,应用Paden-Kahan子问题法得到逆运动学封闭解.通过仿真实例,证实了 这种混合算法的有效性.     

用于丝驱动连续体机器人的实用运动学研究

针对单段及多段连续体机器人运动学问题,提出分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学分析方法.以双段丝驱动连续体机器人为研究对象,首先设计含平移段的机器人样机;然后利用分段常曲率方法建立驱动空间与关节空间的相互映射,根据齐次变换得到关节空间至工作空间的正映射关系;最后利用线性递减权重粒子群算法实现工作空间至关节空间的逆映射.对双段连续体机器人的运动学进行仿真及逆运动学求解耗时测试,并在研制样机上进行了实验验证.仿真结果说明了所提运动学研究方法的合理性及逆运动学求解的快速性,实验结果显示位置平均误差小于双段连续体机器人本体长度的6.22％,验证了所提运动学的有效性.     

仿人机器人逆运动学在线求解方法研究

针对仿人机器人逆运动学在线求解问题,从计算实时性与数值稳定性的角度展开研究。分析了仿人机器人下肢拓扑结构,建立其运动学模型与前向运动学描述,根据当前机器人逆运动学算法研究成果,将几何方法与阻尼最小二乘法相结合,并结合分段阻尼思想,提出一种仿人机器人在线逆运动学求解算法。根据运动规划结果,将所提方法与基于雅可比矩阵的广义逆方法通过仿真算例进行对比,验证了所提方法在奇异位形附近的数值稳定性和在线实施的可行性。     

结合MPGA-RBFNN的一般机器人逆运动学求解

针对一般机器人逆运动学求解过程中存在的求解速度慢、精度低的问题，将多种群遗传算法（multiple population genetic algorithm，MPGA）引入径向基函数神经网络（radial basis functions neural network，RBFNN），提出一种适用于一般机器人的高精度MPGA-RBFNN算法。该算法采用3层结构的RBFNN进行一般机器人逆运动学求解，结合一般机器人的正运动学模型，采用MPGA优化RBFNN的网络结构和连接权值的方法，同时应用混合编码和演化的方式，实现了从机器人工作空间位姿到关节角度的非线性映射，从而避免了复杂的公式推导并提高了求解速度。采用6R一般机器人作为实验平台进行实验，实验结果表明:MPGA-RBFNN算法不仅提高了一般机器人在逆运动学中的求解速度，而且MPGA-RBFNN算法的训练成功率和逆解的计算准确率也得到了提高。     

3-RRRT并联机器人位置正向求解研究

研究一种3-RRRT型并联机器人机构的运动学正向求解方法。根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围，提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法，并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型，通过进一步消除中间变量的方法最终获得了易于正、逆运动学求解的只包含3个驱动关节坐标与动平台3个绝对位置坐标的约束方程组。最后，运用基于Moore—Penwse广义逆的牛顿迭代格式编制了MATLAB运动学正向求解程序，并进行了运动学正向求解数值仿真，结果表明求解程序快速有效。     

实时解析法在NAO模型运动学求逆解中的应用

为了提高RoboCup3D仿真平台中球员在运动过程中的精确性和稳定性,提出一种针对仿人机器人NAO模型的运动学实时求逆解方法。首先,分析了NAO模型的下肢拓扑结构,并且建立了其前向运动学模型;然后,通过实时的逆运动学解析法推导出机器人下肢关节各个关节角的求解方程;最后,通过编码实现该算法。实验结果验证了该方法的求解数值稳定性和在线实施的可行性,提升了RoboCup3D仿真球队的整体竞技水平。     

多智能体的机器人逆运动学算法研究

提出了一种基于多智能体的逆运动学算法,算法采用多个关节智能体协同进行串行和并行运算求解,适用于绝大多数关节机器人,不受关节形状和关节数目的限制。     

A biomimetic approach to inverse kinematics for a redundant robot arm

Redundant robots have received increased attention during the last decades, since they provide solutions to problems investigated for years in the robotic community, e.g. task-space tracking, obstacle avoidance etc. However, robot redundancy may arise problems of kinematic control, since robot joint motion is not uniquely determined. In this paper, a biomimetic approach is proposed for solving the problem of redundancy resolution. First, the kinematics of the human upper limb while performing random arm motion are investigated and modeled. The dependencies among the human joint angles are described using a Bayesian network. Then, an objective function, built using this model, is used in a closed-loop inverse kinematic algorithm for a redundant robot arm. Using this algorithm, the robot arm end-effector can be positioned in the three dimensional (3D) space using human-like joint configurations. Through real experiments using an anthropomorphic robot arm, it is proved that the proposed algorithm is computationally fast, while it results to human-like configurations compared to previously proposed inverse kinematics algorithms. The latter makes the proposed algorithm a strong candidate for applications where anthropomorphism is required, e.g. in humanoids or generally in cases where robotic arms interact with humans.     

改进末端跟随运动的超冗余蛇形臂机器人运动学逆解

针对超冗余蛇形臂机器人运动学逆解中计算量大、超关节极限和位形偏移量大的问题,提出了一种改进末端跟随运动的逆解算法．在末端跟随法中引入蛇形臂弯曲角度的约束,调整关节位置的更新方式,使关节在蛇形臂轴线上运动．通过依次更新关节的空间位置,将超冗余多节蛇形臂的运动学逆解转化为2自由度单节蛇形臂的运动学逆解．仿真分析了蛇形臂机器人在基座移动和基座固定条件下的轨迹跟踪效果,对比了同一目标位置下不同方法的性能．结果表明,改进后的算法能保证蛇形臂的弯曲角度不超过给定范围,关节的运动量从末端到基座依次减小,机器人的运动更协调;与基于雅可比矩阵的数值法和现有启发式方法相比,该方法运算量降低,机器人整体位形偏移量减小,能用于蛇形臂机器人的实时控制．     

Comparison of RBF and MLP neural networks to solve inverse kinematic problem for 6R serial robot by a fusion approach

In this paper, a fusion approach to determine inverse kinematics solutions of a six degree of freedom serial robot is proposed. The proposed approach makes use of radial basis function neural network for prediction of incremental joint angles which in turn are transformed into absolute joint angles with the assistance of forward kinematics relations. In this approach, forward kinematics relations of robot are used to obtain the data for training of neural network as well to estimate the deviation of predicted inverse kinematics solution from the desired solution. The effectiveness of the fusion process is shown by comparing the inverse kinematics solutions obtained for an end-effector of industrial robot moving along a specified path with the solutions obtained from conventional neural network approaches as well as iterative technique. The prominent features of the fusion process include the accurate prediction of inverse kinematics solutions with less computational time apart from the generation of training data for neural network with forward kinematics relations of the robot.     

冗余自由度超声检测机器人的逆运动学分析

针对一类冗余自由度超声检测机器人的传统逆运动学求解算法耗时长且准确度低的问题,提出了一种基于集合划分和解析解法相结合的逆运动学求解算法。首先采用De-navit-Hartenberg方法建立检测机器人的运动学方程;其次,利用解析解法求出机器人逆解的解析表达式,并提出三种自由度分配方案;最后,选择合适的自由度分配方案,据此对超声波探头位姿集合作划分,结合逆解解析式求出运动学逆解。实际应用中,借助十一轴超声波检测机器人,利用该算法对具有复杂外形的飞机螺旋桨叶片进行检测。结果表明,与传统的纯数值解法相比,该算法能够快速得到精确的运动学逆解。     

基于遗传算法的机器人运动学逆解

在分析以往逆解方法的基础上，提出了用遗传算法求解机器人运动学逆解的方法，给出了用于优化求解的适合度函数，并提出用二次编码法提高解的精度．计算机模拟证明：该方法能快速收敛于全局最优解，能给出机器人的可能解，并能计算冗余度机器人的逆解．     

基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法

为了提高电力系统的自动化水平,减轻电力工人在检修高压输电系统时的劳动强度,同时保障电力工人人身安全,提出并设计一种可以攀爬电力铁塔的六自由度关节式机器人,针对该构型进行运动学分析和求解.为解决传统的解析法用于机械臂逆运动学求解过程中存在操作繁琐和奇异点无法逆运算等问题,提出一种基于改进天牛须算法的电力攀爬机器人运动学逆解算法.首先,对电力攀爬机器人进行DH建模,得到正运动学方程;然后,使用正运动学方程和目标位姿建立代价函数,采用改进天牛须算法对代价函数优化;最后,使用Matlab实现此算法进行仿真验证.实验结果表明,与传统的天牛须算法、改进遗传算法以及改进粒子群算法相比,所提出算法具有较好的收敛性,求解精度较高.     

关节型机器人运动学仿真及控制系统设计

关节型机器人各运动关节动态特性和控制系统的稳定性直接影响机器人以及轨迹规划的可达性。以IRB140关节型机器人为研究对象,依据标准D-H参数法和空间位姿变换理论推导出机器人正向运动学数学模型,并采用机器人逆运动学和改进后的五次多项式插值算法实现了机器人在关节空间下进行轨迹规划时各运动关节速度和加速度过渡平滑的目的。最后,搭建机器人控制系统实验平台,实验结果表明,所设计的关节型机器人控制系统能够准确、稳定的控制各关节运动,精准地完成不同运动路径下的夹取搬运任务,满足实际生产工作要求。     

机器人逆运动学分析与仿真

研究机器人动态优化问题。根据机器人所持焊枪的运动轨迹,针对机器人可沿空间任意直线轨迹焊接,是焊接机器人关节控制策略中的难点,运用ADAMS软件对焊接机器人进行逆运动学求解,采用拉格朗日方法建立了系统的微分方程,运用pro/E建立了焊接机器人的三维模型,导入ADAMS中添加约束关系和设置仿真参数后建立焊接机器人的虚拟样机模型,对机械手沿空间任意直线轨迹运动的工况进行了逆运动学仿真,得到了各关节的角速度和角加速度曲线,并根据仿真结果提出了使焊接更加平稳的改进方案,结果表明方法不仅为焊接机器人的路径规划提供了参考数据,而且保证了焊接机器人在焊接过程中优良精确的动态特性和静态特性,具有重要的工程实际意义。