大型喷浆机器人的运动学逆问题研究

机器人的运动学逆解对于控制机器人的末端位姿极为重要。大型喷浆机器人结构上不存在闭链问题,但关节数较多。对现有逆解求解方法进行了对比研究,使用D-H方法建立大型喷浆机器人的杆件坐标系并得到其运动学正解,使用代数法求解其运动学逆解,并用对分法求解一元四次方程,最终求出了喷浆机器人的全部运动学逆解。对逆解方程进行了验证,验证结果表明了算法的正确性。     

基于位姿分离算法的冗余机器人逆运动学分析

针对冗余机器人逆运动学求解复杂、实时性差的缺点,提出一种基于冗余机器人位姿分离的逆运动学求解算法。该算法以腕点矢量为目标,计算冗余机器人位置关节的逆解及位置关节对腕关节的误差补偿,得出腕关节逆运动学解。通过建立基于运动轨迹的逆运动学约束泛函,对冗余机器人的逆解进行了优化。得到机器人关节运动特性随约束泛函的变化曲线以及关节逆解的优化解流形。     

七轴冗余机器人逆向运动学混合快速求解算法北大核心

传统数值法在求解七轴冗余机器人逆向运动学问题上易受末端位姿初值的影响,求解精度通常不高,无法满足工业生产要求。针对上述问题,提出了一种综合雅克比伪逆法和循环坐标下降法的混合快速算法来提高求解精度。首先,在已知末端执行器目标位姿的前提下,利用雅克比矩阵法获得冗余机器人关节角的近似解;其次,将关节角近似解作为循环坐标下降法的初始值,采用基于前向递归算法进一步挖掘潜在的最优关节角解,使得冗余机器人末端执行器趋近目标位姿;最后,通过逆解仿真算例对所提算法的有效性进行了验证,结果表明混合快速算法的求解精度能达到10^(-6),求解时间可控制在0.5 s以内,具有较好的逆向运动学求解质量与求解效率。     

6R工业机器人几何求逆优化算法及仿真分析

为提高机器人工作性能,满足实际复杂工况需求,研究了SNR3-C30型6R工业机器人的运动状态和轨迹规划。首先,根据D-H法建立机械臂连杆坐标系以及运动学方程;其次,基于其末端执行器的位姿矩阵特性,提出一种结合位姿分离思想的几何求逆优化算法,该算法利用机器人各关节相对腕部的几何位置关系来求解前三个关节角θ_1,θ_2,θ_3,然后在此基础上通过旋转子矩阵求解剩余的关节角θ_4,θ_5,θ_6;最后,在MATLAB Robotics仿真模块中对改进算法进行验证,并采用多项式插值法对机械臂进行关节空间轨迹规划。研究结果表明,改进算法具有优越性和有效性,并且当采用五次多项式插值法进行轨迹规划时机器人运行更平稳。     

基于时间最短的冲压机器人轨迹规划

针对一种4自由度串联冲压机器人的自动上下料过程,在机器人的初始位姿与目标位姿已知,而运动时间和路径不确定的前提下,以最大限度提高机器人工作效率为目标,以工程实际中关节驱动力、驱动速度和工艺过程为约束条件,进行了单工作周期时间最短优化研究。首先采用D-H参数法建立机器人的连杆坐标系,列出关节变换矩阵和运动学方程,通过微分变换法求出机器人的雅克比矩阵,采用牛顿-欧拉法得出各关节力矩的表达式;然后以时间为参数,运用5次多项式拟合关节位移变化轨迹;最后采用二分法求解满足各关节速度约束和力(矩)约束的最优运动时间,从而生成各关节运动轨迹,并且进行了对比实验。结果表明,该轨迹规划方法能有效地缩短冲压机器人的工作周期。     

双机器人协同焊接管接头的任务规划及仿真

以船型焊(平焊)焊缝为约束,研究双机器人、管接头、焊枪及焊缝之间的空间位姿矩阵变换关系,建立了双机器人协调焊接坐标系、焊接机器人与夹持机器人的约束关系,对双机器人之间的协调运动做了理论分析。采用D-H变换矩阵法对双机器人协同焊接系统建立连杆坐标系并求解正运动学方程,然后,求出最佳协作空间,根据规划的空间焊缝离散点位置坐标矩阵,利用Matlab求解出机器人逆运动学的各个关节角值。以双机器人协同焊接管接头上的"马鞍形"空间焊缝为例,采用Solidwoks-SimMechanics联合仿真平台进行仿真实验,结果表明,仿真平台能够准确地完成双机器人协同焊接仿真任务规划和分析,验证了所提双机器人协同焊接运动学模型及参数求解的正确性。     

捡拾机器人机械手运动学分析与仿真

为解决训练场高尔夫球、网球、乒乓球等小球类物体捡拾问题,设计一种五自由度捡拾机器人机械手结构。采用D-H法建立机械手坐标系和参数表,推导出末端坐标系位姿模型,并求解出运动学逆解。运用正运动学分析求解机械手工作空间,证实其空间满足小球类物体目标工作区域。在ADAMS环境中完成虚拟样机的建立,选定目标捡拾点和放置点,根据逆运动学求解结果,对各关节设置相应驱动函数,进行实例仿真验证。结果表明:机械手活动范围在工作空间内,运动规律合理,逆运动学求解正确,能够完成小球类物体捡拾任务。     

6R机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

机器人轨迹规划目标逆解精度优化算法

应用常规D-H建模方法,建立6R机器人正运动学模型。当模型存在误差时,轨迹规划目标逆解含有误差,实际运行轨迹无法满足机器人作业精度。提出将目标位姿与实际位姿间误差作为迭代目标,基于Levenberg-Marquardt方法求逆,利用含有误差的模型参数,实现逆解精度迭代优化,输出修正后的关节角逆解,可使机器人实际运动以所需作业精度接近轨迹规划目标位姿。经仿真验证,算法可完成复杂的轨迹规划逆解精度优化,且避免运动学模型高精标定与参数识别,有实际应用价值。     

基于MATLAB的采摘机器人运动特性分析与仿真研究

以RB03型六自由度机器人为研究对象,将其应用于农业果蔬的自动化采摘领域。利用D-H法建立关节坐标系统,确定连杆参数,推导出运动学方程,并求解运动学正解和逆解。在MATLAB软件的Robotics Toolbox平台下,进行运动学建模与仿真,验证了求解过程的正确性,运用蒙特卡洛法生成该机器人在关节允许范围内的工作空间云图,分析其在空间运动的极限位置。仿真结果表明:该机器人结构设计合理,满足工作要求,并为后续的运动控制和路径规划提供了依据。     

基于MATLAB的MH24机器人3D建模仿真研究

在机器人的建模仿真研究中,多关节机器人因其结构复杂易导致建模不准确,机器人在仿真运动过程中难以体现实际的运动情况。为提高多关节机器人仿真运动时的模型逼真效果,提出了一种结合机器人工具箱和三维绘图软件构建机器人3D仿真模型的方法。以安川的MH24通用机器人作为研究对象,对各关节结构和连杆参数进行建模分析,求解该机器人的正逆运动学方程。使用Solid Works绘图软件建立机器人各关节的3D模型,通过机器人工具箱对各关节3D模型和D-H参数模型进行整合,构建了逼真的MH24机器人3D仿真模型,完成了机器人各连杆的动态仿真驱动和末端执行器的轨迹规划仿真分析。通过正运动学方程和求解的机器人末端执行器的位姿矩阵值验证了3D建模的精确性。     

SV型手腕6R喷涂机器人运动学算法研究

运用分离常量及矩阵求逆的方法,研究了新型的SV(stereo-vertical)型手腕6R喷涂机器人的逆运动学算法,求出精确数值解析解。对于一个末端矩阵,可求得16组逆解。基于QT平台,结合QML关键技术及CS设计模式,设计了一套喷涂机器人的离线编程仿真系统,通过实现轨迹精确控制,验证了该算法。结果表明,该算法求解正确,精度高。     

连杆参数误差对机器人精度可靠性的影响

采用Denavit-Hartenberg方法设定五自由度串联机器人杆件坐标系,通过齐次变换矩阵建立串联机器人正运动学和逆运动学模型。在此基础上,对由静态误差引起的串联机器人末端位姿误差做了分析。利用微小位移合成法建立了串联机器人的静态位姿误差分析模型,以机构可靠度为位姿精度评价指标,应用Monte Carlo数值仿真法分析串联机器人各连杆参数误差对串联机器人的静态位姿精度的影响程度,并分析得出对串联机器人的静态位姿精度影响最大的关节。     

箱型钢结构轨道式焊接机器人D-H模型与连续轨迹规划

针对箱型钢的结构特征和焊接过程特点,设计了一款5自由度的轨道式焊接机器人,用于箱型钢结构安装现场的自动化焊接. 采用D-H法,建立了机器人运动学模型,并通过特定的代数方法进行了逆运动学求解,推导出了焊枪末端的空间位姿参数与焊接机器人各关节变量的解析关系模型. 在此基础上,采用连续路径运动的轨迹规划法,在给定焊枪末端轨迹时,对各关节的运动情况进行了MATLAB仿真研究. 结果表明,导出的逆运动学求解模型可用于箱型钢结构焊接机器人的连续运动轨迹和姿态规划和控制,为实施机器人的运动控制奠定了基础.     

基于MEA-BP神经网络的6DOF工业机器人逆运动学研究

针对6DOF工业机器人逆运动学求解存在计算量大、通用性差、有奇异性等问题,提出一种基于思维进化算法(MEA)优化BP神经网络的工业机器人逆运动学求解方法。在机器人工作范围内,随机生成若干组关节角度值,通过正运动学方程获得机器人末端连杆位置和姿态,以末端连杆位置和姿态作为模型输入,关节角度作为模型输出,通过对样本数据的训练确定模型参数。使用该模型进行机器人逆运动学求解,并与传统的基于BP和RBF神经网络的求解方法进行比较,结果表明:该求解方法精度高、泛化能力强。     

点焊机器人复杂轨迹逆运动学组合优化求解

针对6自由度点焊机器人复杂轨迹上多点焊接作业时的逆运动学组合求解问题,通过构建机器人运动学模型的非线性方程组,提出了一种离线编程的变进制变步长求解可逆优化迭代算法.该算法在给定位置优化目标下,每次迭代过程中,逐步缩小机器人每个关节变量变化值,同时依次做"前进、后退、保持一步"的试探判断策略,逐步迭代计算得到满足精度要求的数值解.通过对六自由度点焊机器人在复杂轨迹上作业的数值模拟,证明该算法设计简单,求解效率高,而且能在多组非线性方程组中优化组合所求数值解,同时保证机器人关节运动的平稳性.     

机器人运动学逆解及奇异和多解的处理

针对后3个关节轴线相交于一点的6R工业机器人,提出一种有别于传统方法的位姿分离逆解算法,对逆解涉及的奇异和多解处理也做了详细分析,并仿真验证了该算法的正确性。该算法完全避免了矩阵求逆的运算,因此比一般的解析算法更加简单高效,便于实时控制。     

基于MATLAB的码垛机械手运动学分析与仿真

对一种五自由度码垛机械手建模,采用改进版D-H法建立起机械手的7个连杆坐标系,通过坐标变换推导出机械手末端工具坐标系相对基座的位姿,由关节变量分离法求得逆运动学问题中5个关节角的解析式,最后使用Robotics Toolbox提供的函数在MATLAB环境下建立起机械手运动学仿真模型并进行实例仿真,指出常规的逆解验证过程存在的不足进而提出采用相应的补充验证手段的观点,验证了正、逆运动学求解的正确性,为后续分析、控制与优化提供运动学参考。     

7自由度串联机器人运动学分析

为了保证机器人运动角度精确,以此研究7自由度串联机器人的运动学特性,对其进行正向运动学和逆向运动学的分析。首先,通过旋量理论方法建立该7自由度串联机器人的正向运动学方程。其次,在应用旋量理论得到正向运动学方程的基础上,通过将几何法和位姿分离法两种方法结合用来求解机器人的逆解。最后,将结果在Adams/MATLAB联合仿真进行验证,求解逆解方法的正确性,经过仿真得到运动学角度函数变化曲线以及关节角度变化值,与理论所得到的角度值进行比较分析,结果验证了该方法的有效性和正确性,表明该方法具有精度高、运算量小的特点。     

串联式结构机器人逆运动学的求解分析

针对机器人逆运动学的封闭求解和数值求解法,以5自由度串联式机器人HC5R为例,简要阐述了HC5R的传统封闭求解法,详细推导一种基于正运动学的雅克比矩阵迭代数值求解法,最后运用这2种方法分别对HC5R机器人可达空间中的3个目标点T1、T2、T3进行逆运动学求解。得出结论:数值求解法相对封闭求解更具通用性,但迭代过程运算复杂,需占用较多的计算资源,所以其用时很长,且所求解为唯一解;相比之下,实际工程中都会针对具体结构,采用求解更快速的封闭解法,并且能够求解出所有满足条件的解。