空间一般6R机械手位置反解的新方法

将共形几何代数（CGA）和迪克逊（Dixon）结式引入串联机构逆运动分析中,对一般6R机器人的位置进行了反解. 先把齐次变换矩阵转以共形几何代数形式表示,在此基础上建立了共形几何代数形式的串联6R机械手运动学方程,再通过线性消元和Dixon结式消元消去5个变元,然后对Dixon结式进一步处理,最后得到1个一元16次方程. 这种算法也适用于其他具有16解的7R、1P5R和4R1C等串联机械手位置反解问题,具有一定的通用性.     

几何分域的多模块神经网络求解 平面3R机械手逆运动学

针对神经网络求机器人逆运动学多解时输入与输出间存在一对多的映射问题,提出一种基于几何分域的多模块神经网络求解平面3R机械手逆运动学方法。该方法通过将连杆分离-重新组合的方式进行几何分析,将平面3R机械手分为两组具有多解的子空间,同时增加末端执行器方位角的规划,使得用于两个子空间训练的BP神经网络中,输入与输出间具有唯一映射关系。用训练好的两个BP神经网络分别对同一段规划好的圆形轨迹进行预测,得到的两段预测轨迹平滑且与规划轨迹基本一致,这一结果表明,所提方法可以获得平面3R机械手高精度的逆运动学多解。     

基于唯一特征的BP神经网络求解平面2R机械手逆运动学

针对神经网络求解机器人逆运动学时输入与输出间需要建立正确的映射关系,提出一种基于唯一特征的BP神经网络求解平面2R机械手逆运动学的方法。该方法通过在机械手的工作空间中进行几何分析,确定了逆运动学多解的规律,同时在BP神经网络的输入中增加方位角作为特征参数。仿真结果表明:所提方法只需要一个BP神经网络,就可以求得平面2R机械手的逆运动学完整解;预测误差较小在-0.002～0.002 rad之间。     

一种求解机器人运动学逆问题的有效方法

应用螺旋系统，指出了螺旋与空间向量对应的关系，通过正交化螺旋解决了机器人运动学逆解（逆雅克比矩阵）问题，并给出了通用算法．此外，文章对自由度小于６的机械手也进行了讨论     

球面手腕康复机构逆运动学解新方法及应用

针对球面手腕康复机器人的末端执行机构——共轴3RRR球面并联机构(CSPM)存在逆运动学解不完整性或无解析解的问题，提出基于欧拉角的逆运动学分步求解方法.根据共轴球面并联机构的特性，可以将CSPM姿态欧拉角分解为绕Z轴和绕X、Y轴旋转的2个子姿态，求解绕X、Y轴旋转子姿态逆运动学解的集合.选取每个关节逆运动学解集合中的较小值，与绕Z轴旋转的角度相加作为CSPM逆运动学解，利用CSPM正运动学验证了所提方法的正确性.在真实手腕运动范围的基础上，以无连杆碰撞点和无奇异位形为约束条件，使用所提方法求解手腕康复装置的实际姿态空间.在实际的姿态空间内，将提出的逆运动学求解方法与单位四元数相互转换，将单位四元数插补应用于CSPM运动规划中，理论计算结果与试验结果均为光滑的轨迹曲线，两者误差的最大值不超过2.5°.     

ABB-IRB120运动学分析及轨迹规划研究

基于刚体运动齐次变换理论，应用Craig的改进D-H参数法对ABB-IRB120进行了正逆运动学建模，然后利用MATLAB Toolbox构建了三维数学模型，并采用五次多项式进行插值，最终得到了连续平滑的六自由度机械手IRB120的各关节角位移、角速度、角加速度，以及末端位置、姿态随时间变化曲线，验证了运动学模型建立的合理性和正确性，为串联工业机械手的运动学研究提供了一定的理论参考。     

铰接机械手运动和动力参数的转换

变换矩阵用来建立起铰接机械手与传统方法所获得机械手的扭矩,速度,雅各比矩阵及齐次变换矩阵之间的关系。找出在执行机构空间和在关节空间内的扭矩,速度,雅各比齐次变换矩阵之间的关系。一旦得到这一矩阵,用传统公式计算的扭矩及雅各比可变换成铰接机械手的实际扭矩和雅各比。     

基于分块矩阵的6R机器人实时逆解算法

为提高6R机器人逆运动学求解的强实时性,提出了一种基于分块矩阵相乘来求解逆运动学的方法。将复杂的6个矩阵方程转换为含有6个未知变量的8个纯代数方程来进行求解,并在方程简化过程中引用符号运算预处理,避免了大量浮点运算带来累积误差。通过方程组的优化,可避免第3关节变量求解中产生增根的情况。试验结果表明,在同等精度要求下,该逆解算法相比于其他算法具有更强的实时性,得到精确的8组封闭解平均仅需0.009 7 ms,能够满足机器人的在线控制要求。     

机构运动学建模的倍四元数法(邀请论文)

像对偶四元数一样,倍四元数可以用来进行空间机构的运动学建模.该方法在最近十几年已经有了一些应用,具有计算速度快、鲁棒性强等特点,适用于某些特定的应用条件.目前,国际期刊上对其介绍的论文大多推导过程烦琐,需要不少专业的数学知识.基于矩阵运算,把齐次坐标变换矩阵分解为旋转和平移2部分,然后分别转换为哈密顿算符,从而完成了从矩阵到倍四元数的运动学建模,其转换过程是有误差的,但是这种误差是可控的,并且其乘法的运算次数比齐次坐标变换矩阵方法要少.最后,用算例对该方法进行了验证,该方法便于一般工程人员理解.     

三分支机器人最小范数逆解算法

基于线性方程组及条件极值理论,针对三分支机器人逆运动学问题,提出了一种改进的最小范数逆解算法,避免了传统最小范数逆解中雅可比矩阵广义逆的复杂计算.针对操作分支关节数不小于任务空间维数的情况,进一步利用施密特正交化过程进行简化,提高了运算的实时性.搬运物体的仿真实例结果验证了所提算法的有效性.     

Trajectory planning of mobile manipulators in constrained workspace

The cooperative motion planning of nonholonomic wheeled mobile manipulators （WMM） with kinematic redundaney in the constrained workspace was studied. A trajectory planning method combining the probabilistic planning and the solving of inverse kinematic equations was presented. First, the probabilistie planning method was used to determine the guide configurations; then the switching objective function was defined and the path of the end-effector was constructed based on these guide configurations ; finally, the inverse kinematic equations of the WMM were solved using the gradient projection method, and the obstacle avoidance trajectory for joints of the WMM was obtained. Simulation results were given to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

Dynamic modeling and analysis of 3-RRS parallel manipulator with flexible links

The dynamic modeling and solution of the 3-(R)RS spatial parallel manipulators with flexible links were investigated. Firstly, a new model of spatial flexible beam element was proposed, and the dynamic equations of elements and branches of the parallel manipulator were derived. Secondly, according to the kinematic coupling relationship between the moving platform and flexible links, the kinematic constraints of the flexible parallel manipulator were proposed. Thirdly, using the kinematic constraint equations and dynamic model of the moving platform, the overall system dynamic equations of the parallel manipulator were obtained by assembling the dynamic equations of branches. Furthermore, a few commonly used effective solutions of second-order differential equation system with variable coefficients were discussed. Newmark numerical method was used to solve the dynamic equations of the flexible parallel manipulator. Finally, the dynamic responses of the moving platform and driving torques of the 3-RRS parallel mechanism with flexible links were analyzed through numerical simulation. The results provide important information for analysis of dynamic performance, dynamics optimization design, dynamic simulation and control of the 3-RRS flexible parallel manipulator.     

十二面体变几何桁架机器人运动分析

本文结合变几何桁架机构的特点,研究了变几何桁架机器人的运动分析方法．导出了速度和加速度正、反解的一般显示公式。     

7自由度操作手运动学灵活性研究

本文研究了机器人冗余式操作手运动学问题。应用广义道理论分析了冗余式操作手逆运动学解,在操作空间分析的基础上,指出了7—D操作手构形的灵活性判据——σmin,即Jacobian矩阵的最小奇异值,并用于选择操作手的最优工作位置、构形。     

一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

变几何桁架机器人动力学分析

本文结合变几何桁架机构的结构特点,对变几何桁架机器人的动力学分析进行了研究,提出了应用Ｋａｎｅ方法建立变几何桁架机器人动力学模型的一般方法,导出了其动力学的显示方程,并给出了一数字实例。     

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.     

六重四面体变几何桁架机器人弹性逆动力学分析

结合六重四面体变几何桁架机器人的特点,考虑刚性位移与弹性变形的耦合作用对机器人操作手末端位姿的影响,其于有限元分析方法,在运动学分析的基础上,提出了其运动学模型的线性化方法,导出了其运动条件方程、逆动力学显式方程,并给出了驱动力和弹性变形量求解的公式与详细迭代过程。利用本方法,可方便地建立弹性逆动力学分析的数学模型,迭代过程简明。     

空间3自由度冗余驱动并联机构的运动学分析

由n(n<6)条SPS主动支链和一条被动约束支链构成的并联机构结构简单而且承载能力更强,具有非常广泛的应用前景。以4-SPS/S结构的并联机构为研究对象,实现模拟船舶在海浪中的3自由度摇摆运动功能。运用螺旋理论分析4-SPS/S并联机构真实的自由运动特性。运用坐标旋转矩阵变换和矢量导数法,推导出并联机构位置逆解的解析表达式以及各主动支链和动平台的微分运动特性。运用杆长约束条件和Sylvester结式消元法,推导出该机构位置正解的解析解。仿真研究和实例验证结果表明,该机构具有4组位置正解,其中2组为实解,另外2组为虚解,验证了位置正解求解算法的正确性。