扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用

采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求解和实验验证.并给出了机器人关节空间的期望变量,得到了关节空间和笛卡尔空间的轨迹误差.     

改进人工势场法的冗余机械臂避障算法

针对传统人工势场法应用于串联型冗余机械臂避障时无法约束各关节位姿、陷入局部极小后难以逃离的问题,提出一种改进人工势场法.建立冗余机械臂运动学模型,采用线段球体包络盒模型进行碰撞检测.在笛卡尔空间内建立末端引力势场和障碍物斥力势场,在关节空间内建立目标角度引力势场,所有势场共同作用引导机械臂运动.在关节空间内求解虚拟目标角度并采用高斯函数建立虚拟引力势场处理局部极小问题.利用七自由度冗余机械臂进行仿真和实验,结果表明:算法可约束各关节位姿,陷入局部极小后可引导机械臂逃离局部极小,最终完成避障;避障结束时各关节角度最大误差为0.8°,末端平均位置误差和平均姿态误差分别为0.010 m和2.40°,均小于传统算法;避障过程中各关节运动幅度小于传统算法.改进算法可引导机械臂逃离局部极小并完成避障,同时提高避障结束时各关节及末端的定位精度,对冗余机械臂的避障研究及应用具有一定的指导意义.     

基于连续比例因子的冗余度机器人梯度投影算法

分析了冗余度机器人梯度投影法的研究现状,阐述了齐次解的比例因子的作用及其选择方法,提出了一种实时连续变化的比例因子计算方法。通过计算机仿真将所提出的逆运动学解方案同两个典型方案进行了比较。仿真结果表明,所提出的连续比例因子算法可以使机器人各关节角、角速度和角加速度的变化更加平滑和连续,克服了两种传统梯度投影法的缺陷。最后利用4自由度机械臂进行了实验,证明了算法的有效性。     

一种稳定的冗余度机器人动力学解法

对冗余度机器人动力学优化中的零空间最小关节力矩法和伪逆法进行了研究,阐述了运动学和动力学同时优化的必要性,提出了一种在加速度级上以最小奇异值为优化性能准则的关节轨迹规划方法.以平面三自由度机器人为仿真对象,在长轨迹情况下对三种算法进行了仿真.仿真结果表明,所提出的算法具有良好的稳定性,并极大地改善了关节空间的终态自运动现象,证明了算法的有效性.     

冗余驱动并联机构预防故障的力矩分配法

分析冗余驱动并联机构的动力学方程可知,通过合理的分配各驱动器的输出力矩,可以避免部分驱动器过载,有效地延长机构的首次故障时间.从各驱动器的承受能力出发,提出输出裕度的概念,并据此构造了驱动力矩优化模型,以输出裕度来构造加权系数的选择准则,实现对各驱动器的单独调解.推导了输出裕度均衡及部分驱动器输出裕度取均值两种情况下的力矩分配方法,协调系统中各驱动器的承载情况.以一种平面3自由度过驱动并联机构为研究对象,数据计算及分析结果表明所提出的方法对于调节各驱动器输出裕度均衡及防止部分驱动器过载有一定的作用.     

冗余度机器人最小力矩与回避奇异并行优化

针对冗余度机器人梯度投影法最小力矩局部优化所发生的轨迹不稳定现象,经过讨论分析后,明确指出这种不稳定是由关节构形奇异引起的,并提出了一种冗余度机器人最小力矩与回避奇异的并行优化方案.通过对一三自由度冗余度机器人的仿真,证实了所提优化方案是可行、有效的.     

基于RBF的冗余机械手运动学逆解

针对冗余机械手运动学中存在的非线性、强耦合以及时变性的特点,采用了一种基于径向基函数(Radial Basic Function,RBF)网络的非线性拟合和系统辨识的方法,利用RBF神经网络的逼近能力较优、收敛速度快、非线性处理能力强等特点,可以有效地对冗余机械手的运动学逆问题进行求解;同时,运用遗传算法选取RBF网络...     

Trial mountain climbing algorithm for solving the inverse kinematics of redundant manipulator

Trial mountain climbing algorithm to solve the inverse kinematics problem of redundant manipulator is introduced, and a method of describing a numeral with a special numeration system is given to define the changed step of the trail mountain climbing algorithm. The results show that a likelihood solution can be found quickly in the infinite groups of likelihood solutions within the limited search times, and need not calculate the anti-trigonometric function and the inverse matrix. In addition, this algorithm has many good qualities such as concise algorithm, tiny computation, fast convergence velocity, good stability and extensive adaptability.     

基于加权矩阵的过驱动并联机构驱动力矩调节法

建立了一种平面三自由度过驱动并联机构的运动学方程,并基于虚功原理和等效力方法得出了其动力学模型。分析了过驱动机构动力学方程逆解问题的特点,提出用一种新的优化目标(即加权范数最小方法)来协调分配驱动力矩。将驱动器的额定输出力矩与实际工作力矩之间的差值定义为该驱动器的继容力矩,在此基础上给出了加权系数的选择准则。根据所提出的局部调节或全局调节准则来选择加权系数可以调节相应驱动器输出力矩,在一定程度上可以均衡各驱动器的继容力矩。数值计算结果表明,该方法对于防止部分驱动器输出力矩过大和保证系统稳定有一定的作用。     

蒸汽发生器检修机械手运动学逆解

以蒸汽发生器检修机械手的运动学求解为目的,提出了一种代数法和数值解法相结合的逆解方法,在保证解的精确性的同时对解进行了合理优化,使得求解过程快速准确.该机械手虽然是6自由度机械手,但由于其结构和工作性质的特殊性,使其具有冗余机械手的特性,因此其逆解变得更加复杂.提出了一种代数法和数值解法相结合的逆解方法,对于数值解法,文中给出了基于非单调信赖域算法的最优化问题求解方法,该方法不仅具有牛顿法的快速收敛性,又有理想的总体收敛特性,使求解过程更加顺利.     

基于伪最小平移距离的机器人避障研究

针对机器人在非自由工作环境中的运动问题,需要对机器人与工作空间中的障碍物进行碰撞检测,并规划出无碰撞的运动路径。首先采用了伪最小平移距离作为计算空间几何体之间相对位置的距离函数,并通过伪最小平移距离确定机器人与障碍物嵌入最严重的点,然后采用假设-修正法对机器人运动路径进行重新规划、反复迭代从而生成一条无碰撞的运动轨迹。最后对冗余度为1的平面三自由度机器人碰撞问题进行了轨迹规划的仿真,结果表明该方法对于检测类似机器人手臂等凸体之间的距离及无碰撞路径生成是有效的。     

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.     

利用最小冗余对称阵列的近场源定位算法

在阵元数目有限的情况下,针对近场源定位中的阵列孔径和阵元数损失问题,文中突破阵元间距为1/4波长的限制,提出了基于最小冗余对称阵列的协方差矩阵重构算法．该算法构建只与方位角有关的四阶累积量矩阵,通过多重信号分类算法来估计信号方位角;然后根据估计出的信号角度在距离维上进行搜索,估计出距离参数．该算法扩展了阵列的孔径,提高了阵列的自由度．仿真结果表明,该算法可以估计更多的信源数目,拥有较高的估计性能和空间分辨率,且只需进行一维搜索,避免了二维参数配对．     

高速绳牵引并联摄像机器人冗余驱动力优化求解

将完全约束绳牵引并联机构的冗余驱动求解问题转化为凸可行域上的多项式极值问题,提出了衡量驱动优化求解连续性和实时性的指标．通过对一个典型的摄像机器人驱动力分布优化问题的求解,对比分析了几种驱动力优化指标的实时性与连续性,并给出了指标选取的具体建议．     

一种柔性机械臂末端轨迹跟踪的预测控制算法

针对柔性机械臂末端轨迹跟踪的内动态不稳定和模型不精确问题,提出一种用于柔性臂末端轨迹跟踪的预测控制算法.利用输入-输出线性化的方法使得柔性臂末端变量和弹性变量解耦,并根据状态反馈设计出一个非线性预测控制系统,将轨迹跟踪问题转换为状态跟踪问题.该控制系统通过平衡末端跟踪误差、弹性变量和控制力矩3个最优指标来克服内动态不稳定性,并采用最优控制律求解和力矩求解相分离的策略来提高运算速度,同时引入了实际输出数据进行误差补偿以减少模型误差对末端轨迹跟踪精度的影响.仿真结果表明,所提出的预测控制算法在保证柔性臂内动态稳定的同时,能有效解决模型失配引起的控制精度下降问题,并具有较快的运算速度.     

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.     

基于小波神经网络的机械臂力/位置控制算法

基于小波神经网络,提出了一种新的受时变约束机器人力/位置控制算法。由系统约束关系推导了降阶的动力学模型,基于降阶模型设计了鲁棒小波神经网络力/位置控制算法。由Barbalat给出了系统的稳定性证明。数值仿真结果验证了本文控制算法的有效性。     

全自主足球机器人的超声波定位避障系统

为实现全自主足球机器人的定位和避障，介绍了超声波定位避障系统的体系结构，说明了超声波传感器的这种分布应用于足球机器人的必要性及这种结构的优点．针对超声波传感器测量数据变化较大和时常出现粗大误差的特点，引入了剔除不合理数据后再进行平均的思想，可以明显地提高测量数据的准确性和可靠性．实验数据证明了算法的可行性．     

联合Metropolis算法和MDL准则的密集多目标分辨算法

针对单脉冲雷达处理同一分辨单元内密集多目标回波时收敛较慢的问题,提出了一种将Metropolis算法和最小描述长度(MDL)准则相结合的密集多目标分辨算法．构建Metropolis算法中的更新函数和迭代规则,促使待估参数的不同马尔可夫链间的融合;根据融合判定规则选取抽样样本,估计出对应的目标参数;利用MDL准则实现密集目标的准确分辨．该算法不仅提升了收敛速度,而且具有较高的参数估计精度,提高了算法在多目标下的分辨性能．仿真结果验证了所提算法的有效性和可行性．     

反舰导弹航路规划与威胁规避算法

为减小武器系统的作战反应时间,提高任务规划系统的信息处理速度,从便于工程实现的角度出发,采用一种从目标位置向舰艇本身位置逆推的思想,应用平面解析几何的相关知识,提出了一种航路规划递推算法。该算法秉承导弹按预定方向攻击目标所需导航点最少的原则,在一定的假设条件下,从目标点开始,按照攻击方向的反方向依次逆推直至发射点,从而求得参考航路。在此航路上进一步考虑存在威胁的情况,按照修正后的航路走切线的思想,根据航路最短且调整航路次数最少的原则,提出了一种最短切线威胁规避算法,该算法通过添加导航点或者调整导航点,将不安全航路调整到威胁区域的最短切线上,以此来实现威胁规避,仿真结果验证了算法的正确性和有效性。