基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明：所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。     

基于几何学的臂部相邻三关节轴线平行的6自由度机械臂逆运动学算法研究

提出了一种针对肩、肘和腕3个相邻回转关节轴线始终平行的6自由度串联机械臂逆运动学问题求解方法。该方法能够在求解的第一步利用结构约束下的机械臂腕、手与末端三者的空间几何关系,确定目标末端位姿对应的腕部空间位置;从而将一个描述机械臂末端位姿和机械臂6个关节角度关系的六元方程组求解问题,转化成为分别描述机械臂腕部位置与机械臂肩、腕部共3个关节角度之间关系,以及描述机械臂末端姿态与剩余机械臂腕部3个关节角度之间关系的两个三元方程组求解问题,显著降低了6自由度机械臂逆运动学问题的求解复杂度。以UR3机械臂为试验对象,试验结果表明,该算法能够根据机械臂末端姿态求解其各关节角度,与采用UR3配套控制算法相比,采用该算法的UR3机械臂末端线性定位精度达到毫米级、角度定位精度达到1°。     

关节半解耦6自由度服务机器人的设计与运动学研究

针对目前国内外服务机器人机械臂鲜有解耦关节的现状,设计了一款关节部分解耦的6自由度服务机器人机械臂样机。根据自由度部分解耦的特点,提出了一种在机械臂末端关节d_6≠0的情况下推导运动学逆解的新算法,该算法在运动学逆解的推导过程中避免了大量逆矩阵的计算问题。通过运动学正逆解的求解验证及仿真试验,验证了文中逆运动学算法是正确有效的。文中设计的服务机器人在结构上吸收了SCARA机器人的优点且具有满自由度,提出的运动学算法对其他机器人实际应用中应对d_6≠0时的逆运动学求解具有积极的研究参考价值。     

基于SimMechanics的六自由度机械臂运动算法验证

建立了基于SimMechanics模块的六自由度机械臂离线仿真平台,创建了机械臂模型,并在虚拟环境下根据六自由度机械臂末端的运动轨迹规划,通过逆运动学模型得到了各个关节角度数据,将其发送给伺服电机,从而驱动各个关节,使机械臂能够按照预期轨迹运动。通过离线仿真,证明了机械臂运动规划算法的正确性。     

一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何法

针对五自由度机械臂自由度不足而导致的基于笛卡尔空间轨迹规划产生的目标末端位姿,可能不存在运动学逆解的情况,提出了一种基于自由度约束的末端位姿描述,并根据该位姿描述得出了一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何方法。该方法基于机械臂模型的几何特性,通过将轨迹规划和运动学逆解2个阶段进行一定程度的结合,确保了轨迹规划得到的目标末端位姿的运动学逆解的存在性。通过仿真实验分析,证明了该方法的可行性与精确性。     

冗余机械臂逆运动学问题的多策略贪婪蜂群求解

为了提高冗余机械臂逆运动学问题求解的位置精度和姿态精度,提出了基于多策略贪婪蜂群算法的求解方法。介绍了KUKA LBR iiwa七自由度冗余机械臂构型,推导了机械臂正运动学的齐次变换矩阵,以减小机械臂末端执行器位置误差和姿态误差为目标建立了优化模型。介绍了标准人工蜂群算法原理并分析了算法存在的缺陷,优化了能够提高蜜蜂多样性的跟随蜂选择策略,以提高跟随蜂局部搜索能力为目的给定了3种位置更新策略,将新算法命名为多策略贪婪蜂群算法。将新蜂群算法应用于逆运动学求解,经仿真验证可知,多策略贪婪蜂群算法的求解质量和求解速度均好于标准蜂群算法,且多策略贪婪蜂群算法在连续多个位姿点逆运动学求解中也具有较高精度,以上结果证明了多策略贪婪蜂群算法在机械臂逆运动学求解中的优越性。     

基于改进脊线法的超冗余机器臂逆运动学求解

针对传统机器人尺寸大、自由度少,无法在狭窄空间内作业的问题,设计了一种基于新型球形关节串联而成超冗余机械臂,每个球形关节具有两个正交旋转自由度。因超冗余机械臂自由度数远多于传统机器人,无法用D-H法对其进行逆运动学求解,本文考虑机械臂运动过程中障碍物的影响,对脊线法进行改进,提出基于改进脊线法的超冗余机械臂逆运动学求解算法,利用Matlab对空间脊线及超冗余机械臂逆运动学进行数值仿真。研究结果表明,该算法考虑了障碍物的影响,改进了超冗余机械臂逆运动学脊线法,保证了超冗余机械臂的灵活性。     

五自由度镀膜机械臂的运动学分析与仿真

以5自由度自动镀膜机械臂为研究对象,运用改进D-H法建立机械臂的运动学方程,并利用数值分析法对正、逆运动学方程进行分析求解.通过Matlab软件中的Robotics Toolbox工具箱对5自由度自动镀膜机械臂建模,蒙特卡洛法工作空间仿真和轨迹规划仿真,得到机械臂的工作空间图和末端执行器的运动轨迹及各关节的角位移、角速...     

基于POE和CSSA的冗余机械臂逆运动学求解方法

为提高7自由度冗余机械臂逆运动学求解精度,提出一种基于旋量指数积和混沌麻雀搜索算法的逆运动学求解方法。对一种7自由度仿人机械手臂建模,采用旋量指数积公式法建立机械臂正运动学方程并在MATLAB中进行验证。根据机械臂位置矢量和接近矢量构建适应度函数,利用混沌麻雀搜索算法求解冗余机械臂的逆解。在MATLAB软件中编写逆解算法程序,将求得的关节值代入所建立的正运动学模型,计算冗余机械臂末端期望位姿与实际位姿的误差。     

移动机械臂无碰抓取方法的研究

提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。     

柔性机器人轨迹跟踪的逆动力学分析

基于绝对坐标,以期望轨迹而不是名义刚性位置作为机器人末端点的边界条件,建立了具有柔性关节和柔性杆的机器人的逆动力学模型,此方法可使柔性机器人非常准确地跟踪期望轨迹。最后,提出了求解此类非线性方程的数值算法。通过对３Ｒ机器人进行仿真,表明本方法优于通常的方法。     

基于重力补偿的机械臂PD控制系统研究

针对多关节机器人机械臂数学描述复杂、运动学分析困难的问题,采用逆动力学方法建立机器人双关节机械臂的动力学模型,并对重力项进行补偿,采用对重力矩准确估值的PD控制算法实现机械臂运动轨迹准确跟踪,能够满足机械臂定点控制的要求,具有无超调、初始力矩小等特点,通过仿真实验表明与理论分析结果一致,表明此控制方法的有效性。     

基于构形控制的仿人机器人操作臂最小关节运动研究

以宜人化双臂操作服务型机器人的左臂为研究对象，进行仿真研究与分析。建立七自由度的冗余操作臂的运动学模型；以加权关节运动为优化目标，利用构形控制的方法求解操作臂的运动学逆解。仿真结果证明，在保证操作臂末端精确跟踪设定轨迹的前提下，关节运动避免了极限，加权关节运动得到了优化，算法和优化指标有效可靠。     

基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法

针对当前机械臂运动位置控制方法存在机械臂关节节点位置的跟踪效果差和机械臂运动位置控制能力差的问题,提出基于非线性微分方程的机械臂运动位置控制方法。首先对机械臂动力学进行分析,获取内部三连杆结构作用原理和机械臂动力学目标函数,再利用坐标求权矩阵重构机械臂动力学目标函数,获取机械臂相关的非线性微分方程,将非线性微分方程的输出结果,即机械臂动力学参数代入 CPG 神经网络中,构建机械臂运动控制模型。实验结果表明,所提方法的械臂关节节点位置跟踪效果好、机械臂运动位置控制能力强。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真

针对安川弧焊工业机器人手臂MOTOMAN-MA1400的构型特点,采用D-H法建立了机械臂的连杆坐标系,得到了以关节角度为变量的正运动学方程,利用Matlab进行正逆运动学计算以及机械臂末端点的轨迹规划。为了验证正逆运动学模型的正确性,直观地观察机械臂各部分运动情况,采用Pro-E建立了机械臂的三维实体模型。将角度变量值导入模型,开发了机械臂运动仿真平台。仿真结果与理论计算一致,从而验证了算法的正确性,并完成了机械臂的运动仿真,为机械臂在矿山领域的实际应用提供了理论参考。     

搬运机械臂的初始加速度和速度连续运动规划研究

工业机械臂在执行搬运任务时可能会出现初始关节加速度和速度跳变的情况,这会影响机械臂电机的使用寿命,并使搬运的物品受到较大的冲击力,从而造成物品的损坏.针对该情况,设计了一种基于伪逆的机械臂初始加速度和速度连续运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,对机械臂在加速度层以及速度层上建立伪逆算法求解模型...     

A real-time NURBS motion interpolator for position control of a slide equilateral triangle parallel manipulator

This study presents a real-time non-uniform rational B-spline (NURBS) motion interpolator command generation for position control of a new design to achieve a six-degree-of-freedom (6dof) slide equilateral triangle parallel manipulator (SETPM). The existing method utilizes the approximate method to obtain the characteristics of curves of the velocity and acceleration for the feed-forward compensation in the joint space. However, the NURBS motion interpolator command generation is related to the geometric characteristics of curves including position, tangent, and curvature to the motion dynamics of the SETPM including position, velocity and acceleration for applied directly the feed-forward compensation in the global space. The inverse dynamics controller (IDC) is the power of control law. However, implementing the inverse dynamics control laws requires accurately knowing the system dynamic model parameters and computing the complete equations of motion in real time. To reduce the time for calculating the inverse dynamic, this study proposes a feed-forward compensation with feedback proportional derivate (PD) control to take the place of inverse dynamics control for reducing both the inverse dynamic calculation time and the tracking error. The proposed real-time NURBS motion interpolator command generation and feed-forward compensation with feedback PD control are also successfully applied to a slide equilateral triangle parallel manipulator on a PC-based system to achieve high motion precision.     

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。     

基于运动捕捉下的7R机械臂的实时控制

针对7自由度机械臂的冗余度导致机械臂反解的复杂性引起的延迟性控制问题,提出一种新的人机交互的控制方式。设计一种将Optitrack运动捕捉系统与Robai7R机械臂数据间无隙链接、传输的方法,在Win7系统下,利用 Microsoft Visual Studio的成员VC来建立相应的服务器与客户端,通过数据处理算法使不同系统数据之间相互转化并实时传输;与传统的机械臂逆运动学求解的方法相比,采用一种综合的方法,将运动捕捉系统中不同人臂位置信息反解为机械臂关节角,并得出解析解,减小了控制系统的运算量,实现机械臂的实时控制,实时满足试验者与Robai7R机械臂的同步运动;通过人机同步连续达点运动及远程抓取试验,验证了该方法的有效性,取得了满意的效果。     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。