六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.     

三自由度转载机械臂运动学建模及逆运动学求解

针对三自由度转载机械臂各关节的运动特点建立连杆坐标系。采用D-H方法建立了以关节为变量的机械臂运动学模型。采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程;采用反变换法求取运动学的逆解。通过运用Matlab软件中Robotics Toolbox进行仿真实验,验证了三自由度机械臂运动学模型及逆解计算的正确性。     

构形平面方法求解冗余机械臂逆运动学

由于冗余机械臂存在冗余自由度,导致其逆运动学求解方法复杂。本文依据构形平面的基本理论,提出了一种快速、简洁的冗余机械臂逆运动学求解方法。首先对冗余机械臂的结构进行分析,将冗余机械臂分解成若干个构形平面。然后,采用构形平面匹配方法,将该机械臂工作构形进行位置和姿态匹配,同时采用半解析的方式求得逆运动学解。最后,对7自由度冗余机械臂进行仿真计算,实验结果验证了该方法求解精度高、求解速度快,而且避免产生奇异值。     

随车吊机械臂运动学建模及逆运动学求解

根据随车吊机械臂各关节的运动特点,详细分析机械臂的运动学模型,采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程。针对随车吊机械臂逆运动学存在多解的问题,提出了一种基于改进收缩扩张因子的量子粒子群优化算法,并在算法中加入混沌搜索抑制"早熟"问题。仿真结果验证了机械臂逆解计算的有效性。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真研究

运用D-H参数法确定机械臂的参数、坐标系,建立机械臂的运动学方程。在Matlab软件中进行数值计算,通过分析机械臂的工作空间,得到了机械臂工作空间图。在Matlab工作环境下,用机器人工具箱Robotics Toolbox对所建六自由度机械臂运动学模型的正运动学、逆运动学、轨迹规划进行验证与仿真,得到了各关节的角位移、角速度、角加速度与时间的关系曲线。研究表明,该机械臂运动空间设计直观、精确,为机械臂控制系统设计、动力学分析及轨迹规划提供了理论基础和参考依据。     

基于改进自适应小生境遗传算法的机械臂逆运动学求解

逆运动学求解对机械臂位姿控制和轨迹规划具有重要意义,针对逆运动学求解存在多解及通用性差的问题,提出了一种基于改进自适应小生境遗传算法的逆运动学求解算法。适应度函数融合位姿误差和"最柔顺"原则,不存在多解及奇异解问题;引入减法聚类分析,提升算法通用性;对遗传算法进行改进,提升了算法收敛速度及精度。利用六自由度机械臂进行仿真实验,结果表明该算法收敛快、精度高,可求得唯一解。     

采用神经网络方法研究柔性机械臂逆运动学问题

本文以柔性机械臂为例,进行简单的逆运动学分析.并采用小脑模型神经网络方法对机械臂的逆运动学进行了数值仿真分析,可以看出,小脑模型神经网络可在较短的学习次数中有效地控制机械臂的振动.     

混合驱动仿人机械臂设计与运动学分析

为提高机器人的拟人化程度,提出一种混合驱动的仿人机械臂。将四自由度线驱动机械臂结构与二自由度机器人关节模组巧妙结合构成六自由度混合驱动仿生机械臂,并对其运动学问题进行分析。基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,通过基于空间雅克比的牛顿-拉夫森法对机械臂的逆运动学方程进行数值求解,利用Monte Carlo法分析机械臂的工作空间,并在ADAMS软件中完成机械臂的运动学仿真,通过试验对所提出运动学模型的有效性进行了验证。试验结果表明,提出的混合驱动仿人机械臂结构设计可靠,基于旋量理论求解出的运动学方程准确,对仿人机械臂的结构设计与运动学分析具有参考价值。     

基于FPGA的串联机器人控制系统设计

通过Pro/Enginee构建5自由度机械手硬件机械结构模型,设计基于FPGA嵌入式处理器的NiosII的SOPC架构系统的软件平台,以及FPGA控制器与步进电机驱动模块,并分析机械臂运动学的正解、逆解问题,通过VC、MATLAB等工具实现机械臂的最优解的选取、轨迹规划的仿真,以及运用Robotics Toolbox工具箱进行正逆运动学仿真,验证算法可行性和求解的正确性。     

基于位姿分离的机械臂解析求逆优化算法

针对6R机械臂逆向运动学求解过程复杂繁琐、求解精度不理想的问题,提出一种基于位姿分离的解析求逆优化算法.利用改进型D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过连杆变换矩阵推导出机械臂的正向运动学方程,利用位姿分离思想进行逆解优化算法设计,利用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,运用Matlab Robotics工具箱验证改进算法的有效性.结果表明：该改进算法具有较高的求解精度,与现有解析优化算法相比,大幅度简化了求解过程,提高了运算效率.     

三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究

为实现三自由度机械臂运动控制,采用D-H参数法建立运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解;对比代数法和几何法求运动学逆解的优劣,采用一种三自由度机械臂逆运动学求解的几何法,避开多解性问题。运用Bresenham插补算法,在笛卡尔空间坐标系中对机械臂进行轨迹规划,最后通过Matlab Robotic Tool仿真分析,得到各关节的位移、速度和加速度随时间变化曲线,并验证算法的准确性。该方法可为其他多关节机器人动力学和轨迹规划等研究提供理论分析和依据。     

一种冗余机械臂构型优化方法

针对存在结构偏置7自由度机械臂的逆运动学问题，本文提出了一种选择最优关节角参数的位置级逆运动学优化算法，根据基于关节参数固定的关节角解析解，将牛顿迭代法与拉格朗日乘子法相结合，将机械臂最优构型的计算问题转化为机械臂最优标志参数的寻根问题，分别针对关节构型、关节力矩整体进行优化，求解出最优构型。该方法与速度级逆运动学算法对比，具有计算精度高、收敛速度快的优点，并且进行了对比仿真实验。结果表明：相较于速度级算法，该方法得到的逆解没有终态自运动，位姿精度高4个数量级，关节最大受力降低了13%,并且力矩优化速度更快，具有十分重要的在轨应用意义。     

六自由度机械臂运动学分析与轨迹优化

针对机械臂运动轨迹偏差较大的问题,采用D-H法建立模型,对六自由度机械臂进行了正、逆运动学的分析,基于机械臂关节轴的典型几何结构利用PIEPER准则推导逆运动学的封闭解;在笛卡尔空间中分析了直线插补和圆弧插补两种方法,通过对空间插值点的优化减小轨迹偏差,实现轨迹优化。仿真验证了算法的可行性,对机械臂在工业中的实际应用具有一定的指导意义。     

对偶四元数法求解自由浮动机器人运动学

在卫星维修,空间建造和轨道碎片清理等任务中,在轨服务机器人是最佳选择。在轨服务空间机器人通常由基座卫星和与其相连接的一个或多个机械臂组成。由于基座不固定,空间机械臂运动学比地面固定机械臂的情况要复杂得多。该文提出了一种求解在轨服务自由浮动机器人的运动学正逆解方法,以及它的速度运动学正逆解方法。该方法采用对偶四元数来进行运动学求解,因此比基于齐次变换的经典方法的计算效率更高。通过将动量守恒定律引入到运动学模型中来求解运动学问题,该方法适用于具有任意数量的机械臂、混合移动铰链和转动关节的空间机器人。已通过运动控制过程模拟对该方法进行了验证。     

一种机械臂运动学研究及3D 仿真平台构建

针对川崎机械臂FS03 N的构型特点,提出了一种逆运动学的求解方法。采用DH法建立了机械臂的连杆坐标系,得到正运动学方程,通过变量分离将机械臂姿态采用欧拉角表示,得到了机械臂位姿的一组广义坐标。通过对FS03N的构型分析,采用几何法与反变换法相结合的方法,以解的组合关系为基础,得到了机械臂的8组封闭解。建立了基于Matlab的机械臂算法验证与3D仿真运动平台,验证了逆运动学解算的正确性,为机械臂的轨迹与路径规划提供了前提条件。     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

基于动作基元的拟人机械臂仿人运动规划

拟人机械臂的仿人运动作为仿人机器人的运动基础,一直都是研究的热点及难点。针对拟人机械臂仿人运动的模型多样化及运动相似性特点,本文提出了一种基于动作基元的拟人臂仿人运动规划算法,对模型建立和逆运动学求解两方面展开研究。首先对手臂结构进行解耦,通过引入动作基元的概念,将动作基元作为连接手臂模型及拟人臂模型之间的桥梁,从而满足模型多样化的要求。提出动作基元的提取法则,确定不同动作基元之间的连接方式,建立动作基元与拟人臂反解算法之间的映射关系。同时提出了一种基于动作基元的运动框架,以满足不同拟人臂平台的仿人运动任务,实现方法的通用性。其次,针对多模型状态下的逆运动学求解问题,根据动作基元的运动特点,建立了不同动作基元模型下的拟人臂臂姿预测指标,实现拟人臂逆运动学的求解。最后,在仿人机器人NAO平台上分别进行了相似性实验验证和仿人运动实验验证。在相似性实验中,NAO采用该方法产生仿人运动并与实际人臂运动进行对比,运动过程中的肘部误差能够控制在1cm以内,满足仿人运动的精度要求。在仿人运动实验中,该方法分别与最小势能法和最小二乘法进行了一组仿人运动对比,在相似度上分别提高了7%和58%。该方法的提出在保证拟人臂仿人运动精度的基础上,使复杂的仿人运动模块化、简单化。     

超冗余移动机械臂的逆运动学快速求解

为了快速并精确地求解一类冗余移动机械臂(MM)运动学的优化逆解,提出了一种基于遗传信
赖域算法和解析解法相结合的运动学求逆方法. 首先使用解析解法求出机械臂逆解关于移动
车运动参数的表达式,据此表达式引入关节最佳柔顺性准则确定信赖域算法的目标函数;然
后用遗传信赖域算法快速求解此只包含移动车运动参数为自变量的目标函数的最优化问题,
据此求出运动学逆解. 仿真算例表明,该方法能快速求出精确和优化的运动学逆解.     

五自由度机械臂的运动学分析

为分析机械臂的运动情况,建立基于D-H法机械臂正运动学模型并进行仿真,得到其灵活工作域。进一步采用ADAMS进行逆运动学分析,代替代数反解计算,可方便获得指定路径对应的各关节转角曲线。结果表明基于Matlab和ADAMS的运动仿真分析可为实际物理样机的研制提供技术依据。     

Dobot机器人运动学分析及建模仿真

为了实现Dobot机器人的运动控制,本文采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立Dobot机器人运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解和逆解;同时,采用五次多项式插值的方法,对Dobot机械臂进行轨迹规划,并利用Matlab Robotics Toolbox仿真工具箱对Dobot机器人进行正逆运动学运算和轨迹规划仿真。仿真结果表明,各关节角度值从起点到终点的变化曲线呈现五次多项式曲线变化;各个角速度大小呈现先增加后减小的变化。该研究对于Dobot机器人的开发具有较高的经济实用价值。