六自由度机械臂运动学旋量逆解及简化算法

针对一种前3关节轴线交于一点的六自由度机械臂,提出一种旋量理论结合已知panden-kahan子问题的逆解方法;首先利用关节轴线交点将六自由度机械臂的逆运动学问题进行拆分,然后利用panden-kahan子问题求出前3关节、第5、6关节分别交于一点,第4关节偏移中心轴线的六自由度机械臂逆解;针对传统的旋量逆解方法过程和...     

基于CISSA的冗余机械臂逆运动学求解

基于冗余机械臂在求逆解过程中无法获得封闭解的问题,针对性地提出了综合改进麻雀搜索算法(CISSA)。首先,在初始化过程中对算法中的种群进行混沌处理,增加种群的丰富度;其次,将自适应动态权重融入到探索者的位置更新公式以及种群中探索者与追随者的数量中,提高算法快速收敛的能力;同时,在迭代过程中引进柯西变异和Tent混沌扰动,提升算法的抗停滞能力;对于越界的个体处理后重新放入种群中,提升算法性能。CISSA在多项指标上明显优于PSO、WOA和GWO等传统群智能算法;将CISSA应用到冗余机械臂逆运动求解,在算法精度上较SSA提高了2～3个数量级,在算法稳定性上较SSA提高了3～4个数量级,说明了CISSA在实际应用的过程中,有收敛快、精度高、稳定性好的特点。     

基于改进海洋捕食者算法的机械臂逆解求解

针对冗余机械臂逆运动学求解较难、精度较低的问题,在已有海洋捕食者算法(marine predators algorithm, MPA)基础上,引入Tent映射初始化策略、精英反向学习策略、自适应t分布变异机制,提出了改进海洋捕食者算法(IMPA),并将其应用于冗余机械臂逆解求解中。4个典型测试函数的测试结果表明,IMPA的求解精度和计算稳定性比MPA和另一种改进MPA更优;冗余机械臂逆解求解实例结果表明,IMPA的求解速度更快,求解精度和稳定性更佳,机械臂位姿精度提高,位姿误差降低,具有一定优势。     

偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解

为简化机械臂逆运动学求解,提高逆解精度,增强方法通用性,利用群智能优化算法,将逆运动学求解变为最优化问题.首先,根据正运动学方程建立末端位姿误差目标函数,结合柔顺性与能耗约束构建适应度函数,使机械臂在满足位姿误差要求时还具有最佳柔顺性与较低能量消耗;其次,为使位置和姿态收敛精度统一并控制进化方向,引入位姿平衡系数与位姿...     

冗余度机械手逆运动学果蝇优化算法的改进

逆运动学问题是冗余度机器人运动控制、轨迹规划和动力学分析的基础,也是机器人学中最重要的问题之一.以末端执行器位姿的误差最小为优化目标,建立适应度函数,将求解冗余度机械手的逆运动学问题转化为一个等价的优化问题,在优化算法的基础上通过杂交变异果蝇优化算法(HMFOA)进行冗余度机械手逆运动学问题的求解.采用嗅觉搜索杂交突变...     

基于烟花灰狼算法的冗余机械臂运动学逆解

针对常规方法无法有效求解冗余机械臂逆运动学解问题,提出改进灰狼算法的机械臂逆运动学求解方法,采用一般反向学习初始化与烟花算法爆炸机制相结合,使得算法具有较强的抗干扰与全局求解性,有效避免早熟、局部最优问题。采用10种经典测试函数对改进灰狼算法进行性能测试,测试结果证明改进灰狼具有收敛精度高、抗干扰能力强等特点。以凿岩机器人的七自由度机械臂逆运动学求解为例,采用MDH法建立运动学模型,运用改进灰狼算法求解并与粒子群、模拟退火、传统灰狼算法进行对比,仿真结果表明：该算法性能优于其他算法,能对冗余机械臂逆运动学进行有效求解。     

回转关节型气动机械手的逆运动学分析

提出了一种新的推导回转关节型多自由度气动机械手逆运动学方程的方法,进而给出逆运动问题新的求解方法。此方法不需要对机械手末端位姿进行坐标变换,另外在解的推导过程中避免了大量的逆矩阵相乘,方法简单,从而可提高整个机器人系统的控制速度,便于工业控制和仿真。仿真证明了所提方法的正确性。     

基于小脑神经网络解决机械手逆运动学控制问题

由于机械手逆运动学问题的求解存在多解且非常复杂,以往解决机械手的逆运动学求解问题主要是通过神经网络逆模型来建立机械手的逆运动学模型然后通过遗传或改进的BP算法来训练神经网络的权(阀)值矩阵从而达到问题的求解,然而这种方法在建立神经网络的逆模型时要对训练数据进行限制或筛选使其成为单解问题(即满足逆映射关系存在的要求),这对于那些对数据事先进行处理很困难或根本无法进行的复杂系统是不可行,为此提出了一种采用小脑神经网络和约束条件相结合的方法来解决逆运动学问题.研究结果表明此方法可以很好的解决机械手的逆运动学控制问题,同时该方法可以推广应用到那些通过数学模型求解困难或者数学模型不确知的复杂系统反求问题.     

基于改进灰狼算法的机械臂运动学高精度逆解北大核心

为提高串联机械臂逆运动学的求解精度、简化求解难度及增强求解通用性,提出一种适用于各类串联机械臂逆运动学求解的改进群智能算法;根据改进D-H参数法建立机械臂运动学模型,以最小化位姿误差为优化指标建立目标函数,将逆运动学求解问题转化为优化控制问题。通过多种群混沌协同搜索策略、最优学习策略、多重变异扰动策略和跳出局部最优策略4种改进策略提出一种多策略协调改进的灰狼优化(multi strategy coordination improved grey wolf optimization,MSCIGWO)算法,并应用于求解各类串联机械臂逆运动学。仿真试验结果表明,改进后的灰狼优化算法求解性能得到极大提高,相比于直接采用灰狼优化算法求解机械臂逆运动学,MSCIGWO算法的收敛速度、收敛稳定性更强且可高精度收敛至精确小数点后12位数值精度的理想位姿,验证了该算法求解的有效性与通用性。     

基于RBF神经网络的MOTOMAN-UPJ型机器人运动学逆解

利用D—H参数对MOTOMAN—UPJ型机器人建立坐标系,推导出正运动学公式。将由此得到的运动学正解作为训练样本,利用RBF神经网络的局部逼近的优点,将求解机器人运动学逆解转化为对神经网络的权值进行训练。实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性映射。使用12输入,单输出的RBF网络,对6自由度的MOTOMAN—UPJ机器人进行了计算仿真,验证了该方法的可行性。与传统解析法相比,大大减少了求解运动方程的计算量。与BP神经网络相比,加快了收敛速度,解决了实时性差的问题。     

六自由度机械臂反向动力学递推算法研究

针对多自由度串联型工业机械臂反向动力学求解问题,提出一种基于解耦自然正交补的反向动力学递推算法。通过六维旋量描述相邻连杆的速度约束,用自然正交补矩阵构建关节速度与六维旋量之间的关系。采用非解耦的Newton-Euler方程建立机械臂的动力学模型,当考虑连杆间的速度约束时,将该动力学模型用基于自然正交补的方法进行解耦,形成机械臂反向动力学递推算法,得到动力学模型的最小阶形式。以KUKA KR5六自由度机械臂为例,在仿真环境下对所提算法的有效性进行验证。结果表明:与其他4种算法相比,该算法计算复杂度低、计算效率高;该算法计算效率比ADAMS高67.7%。     

QY 7t型重箱转载机械臂的运动学求解与分析

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,推导了机械臂的正、逆运动学方程,列示了逆解唯一性的程序求解原理图,并结合所建立的运动学方程,验证了机械臂末端位置能够满足其作业要求。     

五自由度并联机器人机构运动性能优化研究

围绕一种5自由度的4UPS-UPU并联机构,建立其运动学模型及雅克比矩阵,考虑机构在运动空间内的运动学性能,引入全域条件指标和全域梯度指标作为运动灵巧度的评价指标,并采用柱坐标边界极限搜索法求解工作空间,建立全域指标的数学模型;基于多学科设计优化软件Modefrontier对机构进行了多目标优化研究,采用实验设计和粒子群优化算法对机构进行了优化,求得Pareto最优解。通过优化前后结果比较,机构运动性能得到增强,为并联机构多目标优化设计提供参考。     

水下机械手运动学逆解的一种优化解法

本文给出一种运用约束最优化的变尺度法求解Schilling水下机械手运动学逆解的方法。这种方法不仅具有牛顿方法的快速性和理想的总体收敛性，通过迭代求取H阵，不存在奇异性问题，运用惩罚函数法选取步长，保证了从任意点进行搜索，同时有效地处理了约束的存在，这种方法较其它优化算法和搜索法有明显的快速性，在PⅡ550微机上的求解实验证明此算法完全可以用在此机械手运动学的实时求解中。     

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。     

一种3-RPPS六自由度并联机构运动学分析与仿真

提出了一种新型六自由度3-RPPS并联机构,并介绍了其解耦特性和参考坐标系。建立了机构的运动学模型,得到机构运动学的位姿和速度解析表达式;采用极坐标边界搜索法求解机构的工作空间并计算工作空间的体积。通过数值仿真,得到了给定动平台运动规律下,支链的长度和速度变化规律以及机构的定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,并优化得到工作空间体积最大时结构参数的取值范围。     

6自由度3P3R温室服务机械臂运动学分析

应用Lie群知识和旋量理论等现代数学工具,描述了机械臂的刚体运动及传递关系。通过指数积公式与关节旋量建立了串联构型机械臂的运动学模型,分析了运动学正解与逆解,并以某型6自由度3P3R温室服务机械臂为例,对运动学算法进行了验证。基于旋量与指数积的运动学算法与D-H参数法等效,但相比之下,几何与物理意义明确,计算过程更简单且无奇异性,更适合机械臂运动控制系统设计需要。