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。     

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7DOF腿部的运动分析与仿真

传统的6自由度腿部逆运动学求解可以得到唯一解,仿人机器人7自由度腿部由于冗余自由度的存在,其逆运动学求解比6自由度腿部更难.本文采用D-H方法对现有的仿人机器人7自由度的下肢进行运动学建模与分析,用位姿分离法求解步行运动中的逆运动学解,在LMS Virtual.Lab仿真平台上仿真,为解决机器人的动力学问题做必要的准备.     

CMAC在仿人机器人逆运动学计算中的应用

本文采用关节角位移和末端位姿误差作为小脑模型神经网络(CMAC)的输入,根据仿人机器人的正运动学模型来调整CMAC的权值,使网络最终逼近仿人机器人的逆模型,从而得到末端位姿到各个关节角的映射关系,避免了传统解析方法面临的计算量大、解不唯一的问题。MATLAB仿真结果表明,利用CMAC对仿人机器人的逆运动学问题求解,可以保证机器人位姿较好地跟踪给定的参考轨迹,说明CMAC能够逼近仿人机器人的逆运动学模型。     

仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法

提出了仿人机器人复杂动作设计中人体运动数据提取及分析方法. 首先, 通过运动捕捉系统获取人体运动数据, 并采用运动重定向技术, 输出人--机简化模型的数据; 然后, 对运动数据进行分析和运动学解算, 给出基于人体运动数据的仿人机器人逆运动学求解方法, 得到仿人机器人模型的关节角数据; 再经过运动学约束和稳定性调节后, 生成能够应用于仿人机器人的运动轨迹. 最终, 通过在仿人机器人BHR-2上进行刀术实验验证了该方法的有效性.     

全局和声搜索方法及其在仿人灵巧臂逆运动学求解中的应用

仿人灵巧臂逆运动学(IK)问题可转化为等效的最小化问题,并采用数值优化方法求解.和声搜索(HS)是模拟乐师在音乐演奏中调整音调现象的一种启发式搜索方法,目前还尚未在机器人机械臂逆运动学问题中得到应用.本文提出一种基于粒子群体智能的全局和声搜索方法(GHSA),该方法在和声搜索算法中引入微粒群操作(PSO),采用粒子群策略替代常规和声搜索算法中的搜索法则创作新和声,通过粒子自身认知和群体知识更新和声变量位置信息平衡算法对解空间全局探索与局部开发间能力;同时算法还引入变异操作增强算法跳出局部最优解能力,基准函数测试表明该方法改善了全局搜索能力及求解可靠性.在此基础上以七自由度(7-DOF)冗余仿人灵巧臂为例,考虑以灵巧臂末端位姿误差和“舒适度”指标构建适应度函数并采用GHSA算法求解其逆运动学(IK)问题,数值仿真结果表明了该方法是解决仿人灵巧臂逆运动学问题的一种有效方法.     

机器人逆运动学求解的可视化算法

机器人逆运动学求解的可视化算法包含两部分，数值求解两个(或一个)非线性方程和4(或5)自由度机器人封闭解，实现了任意结构的6自由度机器人的逆运动学方程的求解，根据D-H参数表生成机器人三维模型实现机器人结构的可视化，有效地判断逆解的合理性，并为机器人学习提供了辅助工具。     

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。     

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.     

仿人机器人手臂抓取运动规划广义逆RRT算法

针对高维空间冗余仿人机器人手臂抓取对象运动规划时所面临的目标位形未知、抓取空间受限、位形空间存在大量障碍物等难题,提出了一种广义逆快速探索随机树法(RRT)避碰运动方法.首先,提出分层子维空间运动规划概念模型,建立了仿人机器人上肢手臂运动学和逆运动学模型;其次,提出一种加权最小范数广义逆RRT规划算法;最后,通过计算机三维仿真,采用基于有向包围盒法开发的碰撞检测算法,验证了该算法的有效性.     

Clock-turning gait synthesis for humanoid robots

Turning gait is a basic motion for humanoid robots. This paper presents a method for humanoid tuming, i.e. clock-turning. The objective of clock-turning is to change robot direction at a stationary spot. The clock-turning planning consists of four steps： ankle trajectory generation, hip trajectory generation, knee trajectory generation, and inverse kinematics calculation. Our proposed method is based on a typical humanoid structure with 12 DOFs （degrees of freedom）. The final output of clock-turning planning is 12 reference trajectories, which are used to control a humanoid robot with 12 DOFs. ZMP （zero moment point） is used as stability criterion for the planning. Simulation experiments are conducted to verify the effectiveness of our proposed clock-turuing method.     

拟人机器人TH-1手臂运动学

拟人机器人手臂的主要特点是它的运动功能，能够实现握手、行走时掌握平衡等动作．本文 主要针对自行设计的具有转摆结构的拟人机器人TH-1手臂机构进行了运动学分析，为其控 制提供数学基础．提出了坐标变换、三角变换等方法，巧妙求解出拟人机器人TH-1手臂逆 向运动学的解析表达式．建立了仿真软件平台，验证了运动学正逆向方程的有效性．     

基于GNP算法类人机器人全身运动的规划

介绍了一种基于遗传网络算法(Genetic Network Programming,以下简称GNP)的类人机器人全身运动规划方法。在介绍了GNP算法的核心理念之后,将着重阐述GNP遗传网络的构建方案以及如何将其应用到类人机器人的全身运动规划中,并在论文最后分析实验数据和仿真结果。     

An efficient motion generation method for redundant humanoid robot arms based on motion continuity

This paper proposes a novel method of motion generation for redundant humanoid robot arms, which can efficiently generate continuous collision-free arm motion for the preplanned hand trajectory. The proposed method generates the whole arm motion first and then computes the actuators’ motion, which is different from IK (inverse kinematics)-based motion generation methods. Based on the geometric constraints of the preplanned trajectory and the geometric structure of humanoid robot arms, the wrist trajectory and elbow trajectory can be got first without solving inverse kinematics and forward kinematics. Meanwhile, the constraints restrict all feasible arm configurations to an elbow-circle and reduce the arm configuration space to a two-dimension space. By combining the configuration space and collision distribution of arm motion, collision-free arm configurations can be identified and be used to generate collision-free arm motion, which can avoid unnecessary forward and inverse kinematics. The experiments show that the proposed method can generate continuous and collision-free arm motion for preplanned hand trajectories.     

基于人体运动的仿人型机器人动作的运动学匹配

提出了仿人型机器人模仿人体运动的相似性函数,讨论了运动学约束,并给出了满足运动约束条件且具有与人体动作高相似性的运动求解算法. 在有33个自由度的仿人型机器人实体上完成了模仿人的太极拳动作,验证了方法的有效性.     

人体步行规律与仿人机器人步态规划

从仿生学角度分析了人体的步行运动规律,提出了一种基于人体运动规律的仿人机器人步态参数设定方法.首先对人体步行运动数据进行捕捉并分析,得出人体各步态参数间的函数关系,以人体步行相似性作为评价指标,提出仿人机器人步态参数的设定方法.其次,通过分析人体在步行过程中的补偿支撑脚偏航力矩的基本原理,提出了基于双臂及腰关节协调运动的仿人机器人偏航力矩补偿算法,以提高仿人机器人行走的稳定性.最后通过仿真及实验验证了所提出的步态规划方法的正确性及有效性.     

仿人机器人复杂动态动作设计及相似性研究

提出了一种基于人体运动的考虑节奏相似性的仿人机器人复杂动态动作设计方法. 首先, 把人体的运动分割成基本动作段, 给出了运动学约束, 讨论了复杂动态动作的稳定性调节方法. 然后, 提出了考虑运动节奏的仿人机器人模仿人体动作的相似性函数, 并给出了满足运动学约束和动力学稳定性、具有高相似性的运动轨迹求解方法. 最后, 通过在仿人机器人 BHR-2 上进行中国功夫``刀术'实验验证了该方法的有效性.     

Global planning of whole-body manipulation by humanoid robot based on transition graph of object motion and contact switching

Humanoid robot has the potential to achieve various manipulation strategies such as lifting, pushing, pivoting and rolling. Deciding which strategies to apply for the object manipulation is difficult because the appropriate manipulation motion varies greatly depending on the object property. We propose the planning method of whole-body manipulation for various manipulati on strategies. In order to plan the manipulation in the global scope, we generate the graph representing all the possible object poses and operation contacts. By searching the feasible path in the graph, we plan the sequence of object states satisfying the kinematics and dynamics conditions. Finally, the robot postures for the whole-body manipulation are generated from the object states. The proposed method is efficient because the tractable object configuration is first planned in the global scope and then the complicated robot configuration is calculated. We show the effectiveness of the proposed method by planning the humanoid robot motion for various manipulation strategies automatically from the object and robot models.