六自由度机械臂逆运动学算法

根据D-H参数法确定六自由度机械臂的运动学方程,结合平面几何法和欧拉角变换法将机械臂的逆运动学求解问题分为两部分,一通过平面几何法确定机械臂腕部点的坐标与前三个关节角的关系,二通过欧拉角变换法确定机械臂末端姿态与后三个关节角的关系,根据逆运动解的选取原则从八组解中选取最优解;利用MATLAB中的Robotics Toolbox建立机械臂的正运动学模型,通过多组位姿下的正逆运动解对比验证逆运动学求解算法的准确性;利用VC++中的QueryPerformanceCounter函数和MATLAB中tic-toc语句得到不同算法所消耗的平均时间,通过消耗时间的对比说明该算法的快速性;利用VC++编程实现机械臂写字的过程,通过对比输入字的形状与机械臂末端的实际运动轨迹,进一步验证该算法是一种快速而准确的逆运动学求解算法。     

基于六维线性插值的六自由度机械臂逆运动学方程求解方法

针对一般结构的六自由度（DOF）机械臂逆运动学方程求解困难的问题,提出六维线性插值理论。首先,从大量的经验数据中搜索7个相邻的非线性相关的节点组成超体;然后,利用这7个节点得到六元一次线性预测函数;最后,使用预测函数进行插值和反插值运算预测位姿和关节角。使用Matlab仿真按照正运动学方程产生100万组经验数据,并对目标位姿进行反向插值,迭代预测6个关节角。实验结果表明,相比径向基网络（RBFN）、六维线性反插值法,所提方法能够更快、更准地逼近目标位姿。所提方法是基于数据的算法,避免了复杂的理论,可以满足机器人日常应用的要求。     

六自由度机械臂的运动学分析与Matlab仿真

本文以我公司6自由度机械臂为例,按照改进的D-H方法构建了6自由度机械臂工作运动的数学模型,对机械臂的正运动学、逆运动学进行分析。结合机械臂关节轴的典型几何结构,正向运动学分析通过各关节的关节角度求取末端机构的位置和姿态,逆运动学则利用代数法推导出封闭解,并给出了机械臂正逆工作方程的数学函数公式和运算求解的过程。通过MATLAB软件中的Robotics Toolbox,分别运算了机械臂的正、逆工作方程,进行了仿真实验。结果表明,函数测算结果与公式推导的数值基本一致,证实了模型结构和预算方法的一致性,对同类机械臂的研究具有很大的借鉴和参考价值。     

新型六自由度机械臂的运动学分析与仿真验证

针对新型机器人六自由度机械臂的构型特点,采用传统的D-H法建立机械臂的连杆坐标系和运动学方程.在此基础上对传统的逆运动学求解的解析法进行改进,对得到的多组解采用能耗最小原则进行优化得出最适合的一组解.用MTALAB/SIMULINK搭建仿真模型,验证所得结果的正确性并分析所得结果的误差,仿真结果表明针对于此种构型机械臂的逆运动学求解,该方法无误差、耗能小,为类似构型的机械臂逆运动学求解提供了思路.     

GAMMA300型七自由度机械臂运动学仿真

针对机械臂的运动学问题以及运动路径的设计问题,以冗余度为1的美国ROBAI公司生产的7自由度冗余机械臂GAMMA300为具体研究对象,对七自由度机械臂进行运动学建模与仿真.利用Robotics Toolbox机器人工具箱编写该机械手的运动学程序.通过仿真实现了预定目标,验证了设计参数的正确性和可行性,为机械臂末端执行器的精确定位和轨迹规划提供了理论依据.对于冗余机械臂一般逆运动学封闭解的研究有一定的实用价值.     

具有冗余自由度的移动操作臂逆运动学分析

针对一类具有冗余自由度的移动操作臂,提出了一种逆运动学求解策略,它将操作臂末端的自由度在移动机器人与操作臂各关节间进行了合理分配,并根据该自由度分配方案对移动操作臂系统引入了两个约束条件,在尽量保障了操作臂末端工作空间完整性的同时,极大地方便了逆运动学的求解。最后对加入约束前后的移动操作臂工作空间大小进行了对比分析,并通过实验对所得到的逆运动学求解结果进行了验证。在实验中,利用固定在移动机器人上的CCD摄像机对目标物体进行定位,然后根据目标物体的位姿信息,通过逆运动学分析的结果控制移动操作臂实现了对目标物体的抓取操作。     

冗余机械臂逆运动学求解方法研究进展

随着科学技术的发展,冗余机械臂凭借其多自由度的特性获得学者的广泛关注.其中包括执行指定任务时,需要将任务路径转换为关节空间轨迹,进行逆运动学求解,求取非线性函数的连续逆映射.该求解过程尤为重要且非常复杂,国内外学者对此开展了大量研究.这里将冗余机械臂逆运动学求解方法进行分类,归纳整理出各类求解方法,分别概述解析法、数值解法、智能算法以及对应子方法的基本原理、对比及研究现状.最后,指出逆运动学求解方法面临的核心问题以及发展趋势.     

基于ELM-IWO机械臂运动学逆解算法研究

为了提高机械臂控制中运动学逆解的速度和准确度,提出了一种基于入侵性杂草优化的机械臂运动学逆解方法.通过D-H法建立了工业六自由度机械臂的正向运动学模型,并利用训练速度较快的ELM(极限学习机)计算机械臂关节角度向量,即输出其逆运动学初解.利用IWO(入侵性杂草优化)算法对得到的初始逆解进行优化,取最小适应度下的杂草位置作为输出,以便得到最佳的逆运动学求解.实验结果表明,相比基于PSO-BP神经网络的求解方法,基于ELM-IWO算法的机械臂末端执行器的精度更高,实时性更好.     

六自由度机械臂三维仿真软件的设计

在机械臂实体上进行正逆运算的结果往往难以分析和验证,且机械臂实体的成本比较昂贵,针对此问题,设计了一套六自由度机械臂的三维仿真软件,可以对机械臂的运动进行实时仿真。该软件以VS2008为开发平台,使用OpenGL函数库进行机械臂三维模型的创建,使用Qt界面库进行软件界面的设计,提供正逆解运算和演示。结果表明,该软件操作界面良好,能够很好地仿真出机械臂的运动过程。     

基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解

以9自由度液压机械臂为研究对象,建立求解位姿逆解的非线性方程组.以末端执行器位姿误差最小为优化指标建立目标函数,将非线性方程求解问题转化为最优化问题,并应用差分进化(DE)算法求解该问题.首先,为了避免位置和姿态收敛精度的不同,引入自适应权值系数进行平衡.然后,为克服基本DE算法难以平衡全局探索能力和局部开发能力的缺陷,结合DE/rand/1/bin和DE/best/1/bin两种进化模式,改进自适应变异差分进化(SAMDE)算法,提高了算法的收敛精度和收敛速度.最后,采用对称映射法对不满足关节角边界范围的个体进行处理,提高了收敛精度.开展了与基本DE算法的对比试验,仿真结果表明,该算法的收敛精度和收敛速度优于基本差分进化算法,且能够大幅度提高算法的稳定性.     

基于类电磁和改进DFP算法的机械手逆运动学计算

提出一种用于计算机械手逆运动学问题的新方法. 首先, 在关节变量取值范围内随机生成一组初始解, 并根据吸引-排斥机制迭代的搜索问题的近似最优解; 其次, 提出一种改进DFP算法进一步搜索问题的更精确解. 改进DFP算法以第一阶段求得的近似解为起始搜索点, 每步的搜索步长在区间[0, 1]内随机确定, 从而避免了传统DFP算法搜索步长难以计算的问题. 最后, 通过10个测试函数和PUMA560机器人逆运动学问题验证了算法的有效性.     

An Analytic and Optimal Inverse Kinematic Solution for a 7-DOF Space Manipulator

An analytic inverse kinematic solution is presented for a 7-DOF(degree of freedom)redundant space manipulator.The proposed method can obtain all the feasible solutions in the global joint space,which are denoted by a joint angle parameter.Meanwhile,both the singularity problem and the joint limits are considered in detail.Besides,an optimization approach is provided to get one near optimal inverse kinematic solution from all the feasible solutions.The proposed method can reduce effectively the computational complexity,so that it can be applied online.Finally,the method’s validity is shown by kinematic simulations.     

基于6-DOF解耦操作臂的空间遥操作控制及运动学分析

针对由6-DOF解耦操作臂及其末端手爪组成的操作臂系统,设计了符合工程实际的遥操作控制策略,并提出了一种简单的运动学解算方法.采用Motoman工业操作臂,对提出的方法进行了实验验证.实验结果证明了所提方法的可行性.     

基于解析法和遗传算法的机械手运动学逆解

研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,按着机械手冗余自由度,运动轨迹上每个点对应的关节角有无穷多个解。而通过算法可以找到一组最优的关节角,可得到优化机械手运动过程中柔顺性和避障点。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到全局最优解,可用于计算冗余机械手运动学逆解,并可实现机器人的轨迹规划和避障优化控制。     

Combined Direct and Inverse Kinematic Control for Articulated Figure Motion Editing

A new approach for the animation of articulated figures is presented. We propose a system of articulated motion design which offers a full combination of both direct and inverse kinematic control of the joint parameters. Such an approach allows an animator to specify interactively goal-directed changes to existing sampled joint motions, resulting in a more general and expressive class of possible joint motions. The fundamental idea is to consider any desired-joint space motion as a reference model inserted into the secondary task of an inverse kinematic control scheme. This approach profits from the use of half-space Cartesian main tasks in conjunction with a parallel control of the articulated figure called the coach-trainee metaphor. In addition, a transition function is introduced so as to guarantee the continuity of the control. The resulting combined kinematic control scheme leads to a new methodology of joint-motion editing which is demonstrated through the improvement of a functional model of human walking.     

远程遥控移动机械手的可视化实时控制

采用OTG接口连接摇杆手柄的Android手机和无线视频传输方案,来实现对移动机械手的可视化实时控制。本设计以OMAP4430开发板和Android手机为核心,通过响应摇杆水平、竖直方向的移动事件和手柄按键事件来控制机械手的地表移动及机械手马达操作,同时借助车载USB摄像头拍摄720P视频,经H264编码后用无线网卡发送到Android手机,解码后显示在控制界面上。实验结果表明,可视化远程遥控机械手能够实现全方位移动、捉取地面目标等功能,同时无线视频传输帧率达到28fps,满足实时视频传输要求。     

自适应粒子群算法求冗余机械臂逆运动学解

以正向运动学方程为基础，冗余机械臂逆运动学解问题转换为等效最小值问题，提出一种自适应粒子群算法求解该问题。为了保持粒子群的活力，在算法内引入弹射操作。如果粒子满足设定自适应判别函数，粒子将按概率被从当前位置发射到较远区域。为了配合弹射操作，提出一种新的粒子优劣的判断机制，使得粒子可以被弹射飞出可行域。数值实验表明，算法具有较强的全局搜索能力和较快的搜索速度，是求解冗余机械臂逆运动学解的一种有效方法。     

一种采用观测器的机器人变结构控制算法

本文针对仅有关节位置检测的关节型机器人,提出了一种考虑参数不确定性和状态不确定性的变结构轨线跟踪控制算法.通过对两种不同类型观测器(线性反馈和变结构反馈)的研究,用定理形式给出了由机器人、观测器和控制器组成的闭环系统渐近稳定的充分条件.非线性滑动域替代线性滑动面取得了控制精度和控制平稳性的折衷.在作者自行研制的直接驱动机器人DDR-1的实验中证实了这种算法的有效性.     

基于改进型RLM算法的六轴机械臂运动学标定实验

六自由度机械臂为高维性、强耦合的非线性时变系统,其模型较复杂,参数辨识易受外界扰动影响,导致末端绝对定位精度低,精度一致性差等问题。以某型六轴机械臂为研究对象,根据微分运动学原理并忽略高阶项,获得末端线性误差模型,提出了收敛速度快且鲁棒性较强的改进型RLM算法进行几何参数的误差辨识,在此基础上搭建综合标定实验平台,利用静态测量精度较高的API T3三维激光跟踪仪采集工作空间中灵敏度较高的样本位姿点,根据国际标准ISO 9283中的位置精度评价标准,比较标定前后的位置误差分布区间,并对分析结果给出评价和总结,完成六自由度工业机械臂本体标定实验。     

基于GA-SVM逆系统的机械臂内模控制

六自由度机械臂系统具有强耦合、多输入多输出、非线性的特性,且难以求解精确的动力学模型。针对上述问题,提出了一种基于GA-SVM逆系统的六自由度机械臂内模控制方法。将逆系统方法用于六自由度机械臂的解耦可以有效简化控制器的设计,为了避免逆系统方法复杂的解析过程,采用基于支持向量机(SVM)辨识逆系统模型以实现解耦,并用遗传算法(GA)优化SVM系统参数以提高模型的准确性。同时,为了弥补SVM辨识逆系统的误差以及抑制系统存在的扰动,设计内模控制器以保证系统的鲁棒性和稳定性。实验结果表明,该方法不需要知道六自由度机械臂的数学模型和内部结构,也能实现各关节位置的快速精确定位控制,且具有良好的鲁棒性,结构简单,需要调节的参数少,易于工程实现。