激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

机器人齐次变换矩阵的研究

机械手在抓取目标物体时,往往需要知道目标物体的位置和方向,这就要用到坐标系。因此,研究物体的位姿和坐标系之间的变换就显得十分重要。机器人学中经常要用到多个坐标系之间的变换,因此需要用齐次变换矩阵来表示。文中对机器人位姿描述和矢量的齐次变换矩阵进行了详细介绍,给出了矢量平移变换和矢量旋转变换的表达式的推导过程,并举例说明了它们在机器人中的应用,编写了C语言程序,画出了程序流程图。     

四足机器人改进型对角小跑步态研究

传统的四足机器人对角小跑步态一般在机体坐标系中进行规划,在实际应用中存在着摆动腿无法同时着地、机体翻转无法有效抑制等问题,这些都降低了机器人运动的稳定性和精确性。针对以上问题,提出了一种在世界坐标系下规划的改进型对角小跑步态方法,该方法通过浮动机体运动学对摆动相进行规划,在足端的雅可比矩阵中引入机体姿态相关项,从而保证了摆动腿能同时着地,同时在支撑相和摆动相之间增加了四腿同时着地的调整相,对机器人机体位姿进行调整。对比仿真和样机试验结果表明：与传统方法相比,所提方法能够使摆动腿同时着地并能连续调整机体位姿,使机器人获得更好的运动稳定性和更高的位移控制精度。     

四足管道爬壁机器人周向运动位姿规划

为了实现四足机器人沿着管道内壁进行连续的周向运动,对运动过程中的位置和姿态进行规划.建立管道坐标系和机器人的位置、姿态方程,规划了一种包含足姿调整、机身旋转和机身平移的周向运动.为保证周向运动的连续性,对运动过程中位姿的角度、方向、位移进行规划,并通过足端运动实现周向运动位姿的规划.利用Matlab计算得到的周向运动关节角度曲线,对机器人样机进行爬壁实验.实验结果和滚转角分析验证了周向运动位姿规划的正确性.     

下肢康复机器人逆运动学数值解法

针对机器人逆运动学数值解法中可能出现的雅可比矩阵奇异性问题,提出改进的求解方法,采用关节微变量近似值避免雅可比矩阵的求逆计算,其值由雅可比矩阵和误差矢量决定。以6自由度下肢康复机器人为例,建立8种不同基础坐标系和末端坐标系组合的运动学模型,运用MATLAB软件对算法进行编程,对末端任一位姿进行逆运动学求解,将每次迭代的位姿误差绘制成曲线,对误差曲线进行对比分析,确定运动学模型对数值解法的影响,在此基础上对算法进行改进,可以证明运用改进后的算法可以求得较高位姿误差精度的运动学逆解。     

基于SMULINK和ADAMS四足机器人位姿调整的研究

四足机器人在开始运动时,初始的姿态往往不能达到期望的状态。通过分析四足机器人模型的结构,建立适当的坐标系,通过姿态欧拉角的变换以及逆运动学解算,得到出期望关节转角。基于Simulink与Adams建立位姿调整控制模型,给定目标姿态,通过联合仿真,结果表明:该位姿调整算法可以实现四足机器人位姿的调整。     

用对偶映射原理规划和分析机器人轨迹运动

在研究机器人的广义位姿的基础上,依据从基坐标系到任一坐标系的旋转变换可以通过绕基坐标系中的瞬时转动轴的等效旋转来实现的原理,提出用等角位移矢量来描述机器人姿态以及用姿态矢量及其Pluck切线坐标来描述机器人的位姿。依据对偶代数理论中关于三维欧化空间中的有向直线与三维对偶空间中的点具有一一对应关系的对偶映射原理,在对偶空间中对姿态旋量所     

基于激光跟踪仪的机器人误差测量系统标定

为了测量出工业机器人的定位误差,根据工业机器人定位误差测量系统的特点,采用基于距离约束的方法实现了了机器人Tool0坐标系与测量靶标坐标系之间的位置矩阵(工具坐标系)的自动化标定过程,同时分步实现了机器人基坐标系与测量设备基坐标系之间的位姿矩阵(基坐标系)自动化标定过程;建立了基于激光跟踪仪的工业机器人定位误差测量系统,并根据测量数据具体标定出了涉及到的各个坐标系,验证了算法的有效性,为工业机器人定位误差的测量打下了基础。     

六自由度工业机器人3D仿真系统研究

建立了六自由度工业机器人的D-H连杆坐标系,由此采用正运动学算法求解出以末端位置矢量和欧拉角表示的末端位姿,采用代数解析法对机器人逆运动学进行求解,并对多解问题用综合优选算法进行筛选从而得到最优解。运用Microsoft Visual C#2015的WPF内置3D渲染建模引擎构建六自由度工业机器人矢量旋转矩阵,采用C#编程语言设计运动控制逻辑。通过生产现场验证了正、逆解及综合优选算法的正确性,并且实现了机器人实时数字3D运动位姿和实际末端位姿保持一致。     

基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定研究

针对传统的相机内参矩阵和相机位置参数标定方法较为繁琐复杂且与相机内参标定互相割裂的痛点,本文设计了一种基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定方法,利用采集得到的不同位姿关系下标定板图像以及对应的末端机器人末端执行器位姿数据,解算视觉位姿测量过程中涉及到的不同坐标系间位姿转换关系,一次性完成相机内参标定和相机位置参数标定....     

一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真

针对Motoman-HP20机器人的构型特点,采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系,将机器人分解为位置结构和姿态结构,得到以位置矢量和欧拉角表示的完备广义坐标,利用位姿分离法对机器人进行逆运动学求解,求得各个关键转角。构建了三维可视化仿真环境,验证所提出的运动学算法的正确性。该仿真环境可以直观地观察机器人各部分的运动情况。     

焊缝位姿及焊枪位姿的模型

针对机器人弧焊条件下的特殊要求,建立了焊缝位姿和焊枪位姿模型,以坐标系的形式定量描述焊缝及焊枪的位置和方向,确定了能够准确且严格地描述焊缝的焊接位置和焊枪姿态的参数：焊缝倾角、焊缝转角及焊枪工作角和行走角,并给出了计算方法。上述参数不但计算简便,而且可以直接代表焊接位置和焊枪姿态对焊接质量的影响因素。模型对于焊接工艺的建模与仿真以及机器人焊接的建模与离线编程具有非常重要的意义。     

火箭喷管运动视觉测试精度的校准与实验

基于新型双轴摇摆直线升降运动校准装置,提出了一种喷管运动视觉测量系统的校准方法。首先,将校准装置提供的摆心、摆角的标准值与视觉测量系统的测量值在空间上对应起来,通过校准装置提供给喷管模型2次不同轴的摆动,推导出视觉运动测量系统的世界坐标系与喷管摆角坐标系之间的位姿关系。然后求解出二者位姿矩阵和平移向量,在视觉运动测量系统中建立喷管的摆角坐标系;通过时间同步系统向校准装置和视觉运动测量系统发送同步时间基准信号和同步触发信号,同步二者的采样时间,实现标准值与测量值在时间上的对应关系,完成摆动动态数据的直接比较。最后对喷管运动视觉测量系统进行了校准实验,分析了喷管在±12°的摆动空间内不同位置的摆心、摆角的测量误差。实验结果表明,在运动范围内摆角的最大测量误差为0.093°,摆心的最大测量误差为0.832mm。     

6-SPS台体型并联机器人工作空间及转动能力研究

提出一种评价并联机器人实现位置和姿态能力的性能指标.选用局部坐标系和球面副的关节转角描述了动平台的位姿,探索了工作空间的边界,以动平台在工作空间内能实现的最小可达章动角评价并联机器人的转动能力,揭示出并联机器人工作空间体积及转动能力随机构结构尺寸的变化而变化的规律.     

冗余度机器人附加速度避障方法

应用空间解析法建立机器人关节点坐标的数学模型，直接计算出机器人与障碍物的位置关系。提出一种新颖的附加速度方法，当连杆离障碍物的距离小于阈值距离L0时，把机器人与障碍物的距离．映射为对机器人每个连杆与障碍物最近点增加的附加速度。以附加速度的范数作为性能指标．利用冗余度机器人的零空间映射矩阵调整机器人位姿，从而改变机器人与障碍物之间的距离．最终形成一条无碰撞轨迹。通过具有16个自由度的空间三分支机器人的仿真实验，验证此方法的正确性，具有很强的实用性。     

基于P3P原理的装配机器人手眼标定方法研究

针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。     

二维合作目标的单相机空间位姿测量方法

针对空间交会对接的近距离位姿测量要求,提出了一种基于单目视觉的二维合作目标位姿解算算法。为方便空中移动平台的调整以满足特定的位姿关系,引入了一种新的姿态角定义方法,此方法定义的三个姿态角可以作为平台姿态调整的反馈量且不受旋转顺序的限制。平面模型相对于相机坐标系的三个姿态角和位置向量可通过平面单应矩阵直接导出。在测量实验中,算法基于DSP平台实现,合作目标由4个共面LED光源构成,测量值基准由高精度倾角传感器和全站仪获得。对空间位置变化范围为2m×2m,姿态角变化范围为-30°~30°的目标平面进行测量,结果表明,本算法可实现0.88%的相对位置定位误差和最大为0.996°的姿态角测量误差,且单帧算法的解算速度仅为0.25ms。     

基于光刀图像的机器人示教纠偏方法

为了解决机器人辅助在线检测系统示教过程中效率低、人为干预多的问题,针对孔类特征,提出一种通过处理光刀图像获取机器人位姿纠正参数的方法。在该方法中,纠偏过程按照将图像光刀线调整为水平方向、将被测特征调整至图像中央、根据不同特征调整最优扫描方向3个步骤进行。根据光刀图像可以求出测量坐标系与被测特征的位姿关系,并得到该位姿与理想测量位姿的偏差。经过坐标变换即可得到在机器人基坐标系下的调整参数。另外,可利用电脑控制机器人运动,从而实现了纠偏过程的自动化。实验结果表明,该方法可将初始的示教位姿修正为理想位姿,且比传统方式效率更高。     

Kinematic analysis of the wire parallel mechanism for full coordinate measuring of industrial robot

This paper presents a wire parallel mechanism for full coordinate measuring of industrial robot. The mechanism is constructed with six parallel wires that act as links. The position and orientation of a robot end-effector are obtained from the wire lengths. The equations of the forward kinematics are solved by a Newton-Raphson method, and the unique solution is determined from the geometric configuration of the mechanism. A method to estimate the workspace is presented. Through simulations, it is verified that the proposed mechanism can measure a robot pose over a large workspace, and can be used effectively for full coordinate measuring of a robot with little cost and effort.