基于关节限位的自治水下机器人机械手系统运动规划研究

对自治水下机器人搭载的四功能水下电动机械手进行了简要描述.考虑到自治水下机器人机械手系统的运动学冗余,将关节限位算法用于系统逆运动学求解,避免载体大幅度姿态变化.利用Matlab仿真表明该算法在解决系统冗余的同时有效的限制了关节位移.     

基于MATLAB的冲床上下料机械手运动学分析

为了提高冲压加工的上料效率并尽可能消除安全隐患,首先根据冲床加工系统的工作要求,设计冲床上下料机械手的总体结构;然后利用D-H法建立机械手连杆坐标系,完成机械手的正逆运动学分析求解计算;最后应用MATLAB完成机械手模型建立、点到点运动轨迹规划、正逆运动学求解以及各关节运动学参数的仿真,证明机械手运动平稳无冲击,能够满足实际生产需要。分析表明:机械手的运用能够提高生产效率、降低劳动强度,对冲床产业自动化有一定的促进作用。     

一种穿鞋带机械手的运动学分析与仿真

针对制鞋企业劳动生产中穿鞋带作业工序劳动强度大、效率低等情况,设计了一种四自由度的"RRPR"型穿鞋带机械手的结构,利用D-H参数法建立机械手运动学模型,对机械手的运动学正运动和逆运动进行求解与分析,并通过MATLAB软件仿真对机械手的运动特性进行分析。结果表明,该机械手的运动平稳,运动特性良好,验证了机器手参数的合理性,为机械手的后续轨迹规划、控制等设计提供了重要参考。该方法大大提高了设计效率,亦适用于其它非冗余关节型机械手的运动学分析。     

基于矩阵分解的四关节机械手运动学逆解研究

以自主研发的NGR01型四关节机械手为研究对象,基于机械手运动学方程,提出一种实时高精度逆运动学算法。该算法首先通过符号运算将矩阵方程从8阶降到4阶,在消除增根的同时还提高了计算速度。然后通过矩阵分解特征值求解关节变量,保证了逆运动学解的准确性和精度。最后借助Maple数学计算软件验证逆运动学算法的正确性,采用VC++语言和CLAPACK数学运算库实现运动学算法的仿真。验证结果表明,利用该算法求解运动学逆解仅需0.67ms,相对传统的反变换法具有更优的实时高精度性能。     

基于过路径点的三次多项式插值函数的仿蜘蛛机器人足路径规划

针对复杂隧道环境中机器人的避障问题,提出使用过路径点的三次多项式插值算法对机器人足运动路径进行规划。设计了一个能在隧道空间灵活运动的18关节六足仿蜘蛛机器人,运用D-H建模方法对仿蜘蛛机器人足进行运动学建模,并推导了逆运动学方程式,基于蒙特卡洛法对足端可达空间进行仿真分析,并基于过路径点的三次多项式插值算法对机器人足避障轨迹进行路径规划仿真。仿真结果表明,在仿蜘蛛机器人足路径规划中应用过路径点的三次多项式插值方法能保证步行足运动动作的平滑性,从而避免了因力矩突变引起的冲击作用,同时足端能通过路径点以满足避障要求。     

空间多机器人协同运动规划研究

面向空间在轨装配任务提出基于优先级的多机器人协同运动规划方法。多机器人系统包括一个7自由度操作机器人和一个13自由度超冗余照明机器人。采用两种规划方法规划高优先级的操作机器人,即关节空间点到点的离线路径规划和基于伪逆的笛卡尔空间在线运动规划。针对低优先级的超冗余照明机器人,将操作机器人视为已知障碍,采用基于A~*算法和末端轨迹跟随的可重构运动规划方法,将运动规划分解为末端路径规划和机器人各关节对轨迹的跟随问题,并验证算法的可重构性。采用具有特定运动学形式的机器人模型进行仿真试验,仿真结果表明,提出的各个机器人的运动规划方法均能有效满足任务需求,且照明机器人的运动规划算法具有可重构性,多机器人系统基于优先级的协同策略能够满足空间在轨装配任务需求。     

机械手时间最优脉动连续轨迹规划算法

为使机械手的作业效率达到最优,同时确保运动的平稳性,提出一种新的最优轨迹规划方法。通过逆运动学运算得到与任务空间轨迹对应的关节空间位置序列,采用7次B样条曲线插值方法构造启动和停止运动参数可控,且速度、加速度和脉动均连续的关节轨迹。将机械手运动学约束转化为B样条曲线的控制顶点约束,采用序列二次规划方法求解最优运动时间节点,进而规划出满足非线性运动学约束的时间最优脉动连续轨迹。仿真和试验结果表明,提出的轨迹规划方法为关节控制器提供理想的轨迹,使机械手在最短的时间平稳地跟踪任务空间的任意指定轨迹。     

基于旋量的模块化机器人运动学分析及仿真

主要研究了不依赖于构型的旋量运动学自动建模方法。基于模块库搭建出不同自由度的模块化机器人,通过此旋量运动方法可对每种构型使用公式进行正运动学分析,使用迭代算法进行逆运动学分析。在进行用户界面编程、轨迹规划和仿真后,以其中一种构型进行验证,得到了运动位姿、末端轨迹和各关节参数与时间的关系曲线,证明了这种方法的通用性和准确性。     

一种5自由度机械手的运动学分析

针对所设计的W-5D型水下采样机械手,利用D-H法建立其参数和正运动学模型。由机械手的相邻3个关节轴线相互平行的结构特点,在常用的反变换法的基础上引入几何法,得到了逆运动学的封闭解,解的结构简明并且易于操作,满足了机械手对水下作业环境的逆解要求,为机械手的运动规划和轨迹控制提供了依据。使用MATLAB Robotics Toolbox建立机械手的仿真模型。工具箱内部提供的ikine函数已是获得工业机器人逆解的重要方法,通过与ikine函数所得结果的对比分析,验证所求得封闭解的可行性和优越性。     

CRS型机械手的逆运动求解新算法

通过关节坐标的转换和旋转坐标系统的引入,给出了CRS机械手逆运动方程求解的一种新解析法,直接推导出各个关节转角变量的反三角公式,为机械手的运动优化和轨迹规划创造了条件.该算法避免大量的矩阵运算以及对计算结果取值范围的讨论,并且通过仿真分析证明了计算结果的正确性.除此之外,还通过真实的机械手验证了算法的优越性和合理性.     

六自由度机械臂运动学分析与仿真

针对安川弧焊工业机器人手臂MOTOMAN-MA1400的构型特点,采用D-H法建立了机械臂的连杆坐标系,得到了以关节角度为变量的正运动学方程,利用Matlab进行正逆运动学计算以及机械臂末端点的轨迹规划。为了验证正逆运动学模型的正确性,直观地观察机械臂各部分运动情况,采用Pro-E建立了机械臂的三维实体模型。将角度变量值导入模型,开发了机械臂运动仿真平台。仿真结果与理论计算一致,从而验证了算法的正确性,并完成了机械臂的运动仿真,为机械臂在矿山领域的实际应用提供了理论参考。     

基于Open Inventor的机器人运动学仿真和轨迹规划研究

针对KUKA公司生产的KR150～2型六自由度机器人,借助UG软件对机器人进行三维实体建模。采用Denavit—Hartenberg坐标变换方法建立了机器人运动学模型,并利用0penInventor和Visual C＋＋6．0编写了运动学正解、逆解、轨迹规划的程序。最后实现了在0pen Inventor环境下机器人的运动仿真。     

基于Java3D的机械臂三维虚拟场景创建及运动学仿真

针对常规方法所构建的机械臂运动仿真可视化虚拟环境并非基于网络特性的问题,研究并采用了Java3D与VRML相结合的方法。通过Loader接口导入VRML造型文件并将其添加到Java3D场景图中进行装配,借助Java语言强大的事件处理模型,结合Java3D中的Interpolator内插器对象和Alpha对象,实现了简单的人机交互操作。最后以实验室的某型号四自由度机械臂为例,成功实现了一个基于Java3D的交互式可视化机械臂运动仿真虚拟环境创建,并采用标准的D-H参数法进行了机械臂正、逆运动学分析与仿真。研究结果表明,该基于Java3D开发的机械臂三维运动仿真系统,不仅效果逼真,而且适于网络的传输,实现了既定的效果;该研究工作在机械臂仿真中具有较大的应用价值。     

基于RBF神经网络的冗余度机器人轨迹规划

利用D-H方法完整地推导出了机器人的运动学方程,并将由此得到的运动学正解作为训练样本,对利用RBF神经网络方法建立的机器人运动学神经网络模型进行训练,实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性映射,求解了机器人的逆解,并对3R,4R,5R和6R机器人的运动轨迹规划进行了计算机仿真,验证了该方法的可行性。     

一种新型驾驶动感平台运动研究及可视化仿真

以汽车驾驶运动模拟器为研究对象,设计了一种含防扭臂结构的三自由度并联运动平台,进行位置正逆解分析和运动学正逆解分析,研究其控制算法。以VC++6.0为平台,运用OpenGL图形处理API,对三自由度汽车驾驶模拟器进行可视化动态仿真。设计仿真软件,测试控制程序,实时计算平台运行数据。     

Dobot机械臂建模仿真与轨迹规划算法研究

MATLAB环境下研究Dobot机械臂的D-H建模、运动学分析、轨迹规划算法、仿真。在MATLAB机器人工具箱环境下,基于D-H参数模型建立Dobot机械臂模型,计算机械臂的齐次变换矩阵,通过仿真工具箱进行正逆运动学仿真与轨迹规划控制研究的运动仿真。通过仿真分析得到机械臂各关节在轨迹规划算法作用下的位移、速度、加速度以及末端轨迹。从仿真结果可知研究方法对于机械臂运动控制研究具有重要的现实意义,为Dobot机械臂控制、优化算法研究提供参考。     

Dobot型机器人运动学分析与仿真

为了获得Dobot机器人的正逆解计算公式、避免解被丢失的可能性和保证角的精度,根据该型机器人的结构特点,运用D-H法建立了机器人的坐标系和运动学方程,进行了正逆运动学的分析,将双变量反正切函数应用到了逆解的表达式中。针对逆解多解和运动平稳性问题,对笛卡尔空间中利用直线插补和调用逆解公式求出的关节角序列进行了分析研究,提出了运用动态规划算法选出一组最优解序列,再利用三次B样条插值进行了连续化处理,并进行了实例验证和Matlab软件仿真。研究结果表明,利用该算法能够选出一组最优解和保证机器人运动的平稳性,为该型机器人的应用及轨迹规划与控制器的研究打下基础,所运用的算法和思想也适用于其他类型的多关节机器人。     

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。     

基于组合优化算法的6R机器人逆运动学求解

针对逆运动学求解存在的多解、精度低及通用性差等问题,提出了一种适用于各类6R工业机器人求逆解的组合优化算法。根据经典D-H法建立了机器人运动学模型,以最小化位姿误差为目标,结合运动平稳性原则构造了逆解问题的目标函数,以线性加权和法设计了适应度函数。通过混沌映射初始化种群、收敛因子非线性更新、自适应惯性权重位置调整及引入模拟退火策略等4种措施得到了一种改进的鲸鱼优化算法,并用于逆运动学求解。组合算法将鲸鱼算法求解的结果作为初始值,再利用Newton-Raphson数值法迭代出满足精度要求的运动学逆解。仿真试验结果表明：改进后的鲸鱼算法求解性能得到了较大提高,相比于直接利用鲸鱼算法进行逆运动学求解,组合优化算法具有求解速度快、稳定性好、精度高的特点,证明了该算法求逆的可行性与有效性。