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.     

基于Matlab的模块化机器人运动学仿真

针对六自由度模块化机器人,使用D-H法对机器人建立模型,进行运动学分析,完成机械臂精确控制和轨迹规划.通过Matlab软件构造仿真模型,实现机械臂实体模型的线条化表示,简化了机器人三维结构建模的过程.重点进行关节运动学机理分析,利用Matlab软件的矩阵运算能力强大的优点,对模块化机器人的正、逆运动学问题进行求解,以及对轨迹规划进行仿真,分析机器人运动规律,为机器人运动控制提供理论依据.     

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。     

移动机械臂手眼关系标定及视觉伺服控制方法

将视觉传感器集成到移动机械臂上构成眼在手上构型的视觉伺服系统是服务机器人实现物品抓取与搬运操作的一种有效方法,但存在手眼关系标定算法复杂非线性,以及难以处理移动机械臂的非完整性约束等难题。为了克服以上难题,首先将移动机械臂抽象为一个广义机械臂,对其进行运动学建模,并求出其运动学解析逆解;然后提出一种全新的线性主动视觉摄像机标定方法对手眼关系进行标定;最后设计包含眼注视逼近和look-then-doing开环抓取的视觉伺服切换控制律来控制移动机械臂实现家庭物品的抓取操作。仿真及试验结果表明,该线性手眼关系标定法易于实现,且具有极高的标定精度,同时设计的视觉伺服切换控制律能够有效克服移动机械臂的非完整性约束带来的控制困难。     

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。     

Arduino环境下冗余度机械臂E47算法的实现

针对目前机械臂运动规划与控制系统成本较高,机器人技术难以普及等问题,选择8位单片机实现机械臂运动规划算法;为提高机械臂执行任务的实时性,提出了一种基于Simulink的机械臂运动规划硬件实现模型.首先,对机械臂进行运动学分析,建立数学模型;其次,将机械臂的运动规划问题转化成二次规划问题,同时引入误差补偿函数以减小机械臂...     

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。     

空间机械臂地面实验系统

为了测试可重构空间机械臂的性能,开发了空间机械臂地面实验系统.该系统采用气浮轴承实现空间机械臂的3维运动,该方法不需要对空间机械臂结构进行改造,且易于实现.采用该系统可以测量空间机械臂的整体性能,包括整体功耗测试,运动学、逆运动学算法验证及位姿精度测试.提出了一种基于三坐标测量机的空间机械臂位姿精度的测量方法,该方法操作简单、方便.基于上述方法建立了6自由度空间机械臂的地面试验系统,测试结果表明空间机械臂的功耗、绝对定位、定姿精度等指标均满足设计指标要求.     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

四自由度机械臂目标抓取轨迹规划的研究

为了实现Open-Manipulator机械臂目标抓取的运动控制,首先采用改进的D-H参数法构建机械臂运动学模型,然后利用机械臂结构坐标系之间的齐次变换矩阵,求得了正运动学和逆运动学解.最后利用Matlab下的Robotics Toolbox工具包进行仿真,在机械臂的关节空间坐标系采用七阶样条曲线算法进行轨迹规划,得出了各个关节的角度、角速度和角加速度的拟合曲线.结果表明,机械臂抓取作业轨迹平滑,各个关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,能够满足实际应用需求,为机械臂的目标抓取运动规划提供了相应的支持.     

Obstacle Avoidance Method for a Redundant Manipulator Based on a Configuration Plane

This paper presents a novel approach of obstacle avoidance for redundant manipulators, which is challenging with the considerations of the building of universal kinematics, the formation of dynamics, and the generation of trajectories. A universal approach to deal with obstacle avoidance for the redundant manipulator, that is based on the configuration plane, is presented. The paper also examines common serial robot configurations and introduces a method for classification, partitioning, simplification, and forms of expression used in the workspace to define the configuration plane. This relatively new method is combined with a weighted space vector method to match the configuration plane and solve the inverse kinematics problem. The proposed planner is demonstrated with examples, in which the proposed planner is shown to be capable of providing a smoother trajectory.     

可重构机械臂分散自适应模糊滑模控制

为了适应软件模块化的设计观念,提出一种可重构机械臂的分散自适应模糊滑模控制方案,把可重构机械臂的动力学描述为一个交联子系统的集合。使用模糊逻辑系统逼近子系统动力学模型,然后设计自适应滑模控制器抵消交联项和模糊逼近误差对轨迹跟踪性能的影响。这些子系统控制器组成一个模块化的控制网络,协调工作实现可重构机械臂稳定可靠的运动。最后,仿真结果证明了提出的分散控制方案的有效性。     

一种可重构机器人运动学求解方法

针对可重构机器人没有统一的运动学求解形式问题,提出通过构形平面匹配方法求解可重构机器人的运动学.采用改进形式的D-H建模方法,可自动形成可重构机器人运动学模型;将机器人在目标点的位形分解成若干个构形平面,通过三级构形平面的匹配,可求得具有单一串连形式可重构机器人运动学逆解;对搭建的6自由度机器人和8自由度机器人构形的运动学进行实例仿真.仿真结果表明,采用有限个构形平面匹配方法能够求解出可重构机器人运动学,验证了算法的正确性和实用性.     

冗余度机器人的运动规划碰撞算法

在考虑了操作机的关节极限、自碰撞和静态障碍物的情况下,从给定的初始位形出发,发现一条到末端效应器目标位置和姿态的相连可到达路径。方法给出了机器人操作机点到点逆运动学问题求解算法,利用碰撞算法实现了冗余度机器人运动规划,仿真验证了该方法的有效性,并表明了该方法具有较大的实用价值。     

可重构机器人构形平面的工作空间研究

采用构形平面匹配的方法进行可重构机器人运动学求解时,构形平面的工作空间求解是一个关键问题.为此,提出了一种基于构形平面的工作空间表示方法.首先建立可重构机器人基本模块的运动学模型,根据基本模块的运动学模型按照构形平面划分规则划分可重构机器人工作构形,然后研究典型构形平面的工作空间,找到快速、相对简洁的工作空间表示方法.最后,通过实例进行验证工作空间表示方法的有效性和可行性.     

Inverse Kinematics Analysis of a 7-DOF Space Manipulator for Trajectory Design

To solve the inverse kinematics problem for redundant degrees of freedom (DOFs) manipulators has been and still continues to be quite challenging in the field of robotics. Aiming at trajectory planning for a 7-DOF space manipulator system, joint rotation trajectories are obtained from predetermined motion trajectories and poses of the end effector in Cartesian space based on the proposed generalized inverse kinematics method. A minimum norm method is employed to choose the best trajectory among available trajectories. Numerical simulations with the 7-DOF manipulator show that the proposed method can achieve the planned trajectory and pose under the circumstances of minimum angular velocities. Moreover, trajectory results from the proposed kinematics model and inverse kinematics method has the advantages of simple modelling, low computation cost, easy to solve and plan trajectory conveniently. The smooth and continuous joint rotation functions obtained from the proposed method are suitable for practical engineering applications.     

基于无应力状态量的平面梁节段预制构形计算方法

为探讨平面梁单元无应力状态量与单元预制构形的关系,通过分析平面梁单元在节点位移下的几何构形变化,建立了平面梁单元预制构形参数与单元无应力状态量之间的数学关系,并以悬臂梁为例,以两种线形为输入,对关系式进行验证。结果表明,单元无应力构形与单元无应力状态量之间相互对应,不同的单元无应力状态量对应不同的单元预制构形;两种线形对应的单元预制构形不相同,但二者对主梁节段拼装时节点标高控制无本质影响。对实际工程而言,只要确保节点标高满足目标线形标高控制要求,梁段的预制构形可不同。     

一种新型2-HRR并联机构及其数控系统实现

提出了一种新型的2-HRR构型的两杆两自由度并联平动机构,其具有运动建模简单、正反解计算容易、作业空间大、结构简单和易于控制等独特的优点.本论文对该并联实验平台进行了运动学分析,并结合其结构特点开发了一种开放式、模块化的数控系统,该数控系统是以“PC机 多轴运动控制器”为硬件平台,以“VisualC ”为软件平台构建的,这种构建方式可以实现系统“积木式”的集成.在此基础上,制作了2-HRR构型并联实验平台.通过联机调试,实现了正确的加工轨迹,验证了本文机构分析的正确性和数控系统的可行性.     

可重构模块化机器人分布式控制算法研究

可重构机器人是基于一套事先设计好的模块，并根据特定任务的要求选择的一组模块装配成的机器人。为了实现快速重构，可重构模块化机器人不仅要实现机械结构构形的快速重构而且要实现控制系统的快速重构。根据多Agent理论中协商合作机制和机器人结构的分布性，可重构模块化机器人采用基于多Agent的分布式体系结构。利用微分运动理论提出了一种分布式控制算法，它能够适应三维空间的控制要求，从理论上证明了这种算法的收敛性。