双足机器人避开奇异位姿补偿研究

奇异位姿将引起双足机器人跌倒导致行走失败,避开奇异位姿是机器人行走控制研究的重点之一。主要研究了雅可比矩阵行列式为零或趋近零时的奇异位姿问题,通过传感器检测关节角数据进行补偿,可以避开雅可比矩阵奇异时机器人的奇异位姿,得到优化的关节角时间序列,即得到机器人的行走模式。三维仿真实验分析表明:关节角补偿方法能够避开奇异位姿,较真实地仿真出双足机器人的行走动作,将此行走模式发送到下位机,可以用来控制实际机器人,以使双足机器人成功实现步行运动。     

三分支机器人协调操作及关节力矩优化

针对三分支机器人协调运动，采用分离影响系数法分离各个分支的雅可比矩阵和惯性矩阵，再重新组合成整个系统的雅可比矩阵和惯性矩阵，建立三分支机器人运动学和动力学方程．应用乘子罚函数方法，对三分支机器人基于最小关节驱动力矩优化设计,避免矩阵的奇异值分解，提高计算的稳定性，应用迭代方法，简化了问题的求解．     

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.     

基于3-UPS/RRR的并联踝关节康复机构及其性能分析

基于踝关节的生理解剖结构和运动特性分析,提出了一种适用于踝关节康复的3自由度3-UPS/RRR并联机构.该机构采用三个主动支链倾斜布置避开了机构的奇异位形,能满足踝关节康复运动需要,同时约束支链和动平台的设计使机构的转动中心与患者的踝关节转动中心重合.应用解析法得到了机构的位置反解,建立了速度雅可比矩阵和静力雅可比矩阵,求解了机构的工作空间.基于雅可比矩阵,仿真分析了机构的运动学性能和静力学性能.结果表明在规定的工作空间内机构具有良好的可操作性、运动灵活性、刚度特性和力矩传递性能.最后运用牛顿-欧拉法建立了机构的逆动力学方程,得到了驱动力、约束力与运动参数的关系,并给出了仿真实例.     

并联机构不同正解间无奇异转换问题探讨

并联机构的正解具有多解性,以一种平面三自由度并联机构为例,研究了不同正解之间的无奇异连接路径问题．结合Innocenti发现的第一条无奇异路径,采用基于奇异曲面的图形化方法分析了正解构型在工作空间中的分布．发现了两个正解间的多条类似路径,这些路径形成了连接两个正解位形的近似于螺旋状的管道空间．首次发现了在其它的正解之间也存在着这样的非奇异路径．这些结果表明并联机构的奇异曲面及正解分布异常复杂,如果两个正解对应的雅可比矩阵行列式值异号,则一定不存在无奇异路径;如果同号,则还要根据奇异曲面来定．两个正解构型间无奇异路径的判定还最终依赖于对奇异曲面更为清楚的描述．     

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。     

基于神经网络的冗余度TT-VGT机器人的运动学求解

应用BP神经网络对冗余度TT-VGT机器人的位姿正解进行训练学习,进而求解机器人 的位姿反解问题．根据网络模型求得机器人的一、二阶影响系数,应用神经网络求解雅可比 矩阵的伪逆．并对七重四面体的变几何桁架机器人进行了仿真计算．     

一般7R串联机器人标定的仿真与实验

为了标定一般7R冗余度串联机器人的所有几何参数,提出了一种实效的算法．首先,使用D-H矩阵对机器人建立了运动学模型和几何参数识别模型,对雅可比矩阵进行奇异值分解并对分解后的正交阵的最后5行进行初等行变换,以确定需要补偿的几何参数．通过机器人关节角和末端手爪位置的测量数据,计算雅可比矩阵以及手爪位置理论值和实测值的误差,采用最小二乘法对机器人的尺寸参数进行补偿量的计算．仿真过程表明,在有测量扰动的情况下,算法是稳定的和可靠的．最后,对机器人进行了实际的测量和标定,取得了满意的结果．     

基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制

针对冗余液压驱动四足机器人运动学逆解问题,提出一种基于扩展雅可比矩阵的冗余液压驱动四足机器人运动控制方法.该方法既能解决冗余自由度带来的逆解多解问题,还能使机器人足端入地角度满足摩擦锥要求避免足端滑动.首先,规划机器人足端轨迹得到机器人足端速度,在分析机器人足端入地角度对机器人运动性能影响的基础上,结合机器人腿部结构几何关系,建立扩展雅可比矩阵,确立机器人关节角度速度和足端速度的映射关系,即得到机器人关节角度的解.然后,在对角步态下,通过仿真对传统的梯度投影法和提出的扩展雅可比矩阵法进行对比,理论分析及仿真表明传统的梯度投影法存在误差累积,且在实时性上不如扩展雅可比矩阵法.最后,实验验证了基于扩展雅可比矩阵逆运动学分析方法的可行性和有效性.     

基于扩展雅可比矩阵的冗余度机器人多性能准则优化研究

本文基于扩展雅可比矩阵求冗余机器人逆解的算法,提出了将多个附加作业性能函数作归一化处理后,根据优先权的高低进行加权求和,从而利用其冗余性完成多性能准则优化的一种新方法.并且对所研制的七自由度冗余手臂避奇异及避关节极限的的双重性能进行了优化仿真分析,根据分析结果,所优化的手臂关节向与关节极限相反的方向运动,并且雅可比矩阵的条件数得到了降低,从而证实了此种算法对单个冗余自由度优化多个性能准则的有效性.