基于多目标遗传算法的Stewart平台运动学正解解算

Stewart平台的运动学解算是指对驱动杆杆长与动平台位姿的对应关系的求解。其运动学逆解只需根据空间坐标变换求得,而运动学正解需要对12个非线性方程进行解算。普通的数值解算方法迭代步数多,求解精度低。为解决Stewart平台运动学正解的解算问题,将pareto最优化理论引入遗传算法,提出一种基于多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)和最小二乘理论结合的算法。利用算法生成上平台姿态,利用反解解算出姿态对应的杆长,与已知杆长进行最小二乘拟合分析,当拟合度极高时认为此时的位姿即为运动学正解结果。此算法将上平台姿态的6个参数求解转化成多目标最优化问题,其只需迭代102次左右便能输出最优解,单次结果输出用时在1 min以内,且求解的均方根值误差不超过0. 1。是一种求解速度快、精度高的可行的运动学正解解算方法。     

基于螺旋理论的冗余液压驱动四足机器人运动学分析

四足机器人的各种研究大多基于四条腿弯曲方向一致展开的。对于液压驱动且具有冗余度的四足机器人,静止姿态下,其前面两条腿与后面两条腿成对称弯曲状。为了研究这种机器人单腿运动和躯体运动状态,文中建立了基于螺旋理论的液压驱动四足机器人运动学模型,包括给出了单腿串联运动学逆解和躯体并联运动学正解。然后根据机器人行走过程设计出后面两条腿的髋关节与膝关节摆幅角度,通过建立的运动学模型,得到前面两条腿的关节变量及躯体姿态。最后通过MATLAB数值仿真和ADAMS虚拟样机实验,对机器人在一种行走方案下的躯体运动姿态进行仿真对比,验证了所建运动学模型的可靠性。     

新型并联式绳索牵引叶片起吊机构运动学分析

提出一种具有承载能力高、体积约束小和易于调整叶片姿态的新型并联式绳索牵引叶片起吊机构,并对其进行了运动学分析。首先建立机构的几何模型,运用欧拉角描述动平台姿态,提出应用并行投影迭代算法推导机构运动学正解,最终采用MATLAB软件进行数值仿真验证。结果表明了应用并行投影迭代算法求解机构运动学正解的正确性,同时证明了该机构能够实现吊装任务。     

含防扭结构的VR动感椅平台运动分析和仿真

针对3-RPS平台电动缸运动过程中受扭矩过大现象,设计了一种应用于虚拟现实技术中的具有防扭结构的新型三自由度并联平台,对其运动学和防扭性能进行了研究。在Solid Works中建立了防扭结构并联平台模型,并对其进行了运动学逆解和正解分析,联合ADAMS和Matlab软件对逆解算法进行了验证,在逆解算法的基础上,采用反解迭代的杆长逼近法近似求解了位置正解。应用ADAMS对具有防扭结构平台和3-RPS平台电动缸的防扭性能进行了动力学仿真,对比分析了两种结构下电动缸在运动过程中所受扭矩。研究结果表明:具有防扭结构的运动平台的电动缸受扭矩明显减小,为平台结构设计提供了实用依据。     

并联运动模拟平台的运动学分析

为获得某并联六自由度运动模拟平台的运动特性,以该平台的支链为研究对象,建立了各构件的坐标系,在此基础上通过上下平台间的矢量关系和转换矩阵实现平台的位置反解,构建其运动学模型,最后运用MATLAB对构造的运动学模型进行仿真,获得支链长度、伸长速度、伸长加速度的变化曲线。     

基于联合仿真的空间3-RPS并联机构运动求解

在分析空间3-RPS并联机构结构的基础上,得到该机构运动求解的方法指导和位姿逆解方程。对于并联机构运动正解复杂的特点,利用MATLAB软件、Pro/E软件和ADAMS软件对其运动进行联合仿真求解。用Pro/E软件对机构进行实体建模,利用数据转化接口将模型导入ADAMS软件对其进行编辑定义。给定机构运动输出位置,根据位姿逆解方程,用MATLAB编程计算得到关节转动副逆解曲线与输出姿态角曲线,应用ADAMS函数处理功能将转动副转角曲线转化为机构的驱动函数,添加在3个转动副关节上,得到机构运动正解。机构正逆姿态角求解曲线的吻合,证明了该方法的可靠性和正确性,其求解过程简便,运动学性能直观,为虚拟样机技术提供了可借鉴的方法。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

HP99型堆垛机器人的运动分析及其模拟仿真

对ＨＰ９９型堆垛机器人进行了正运动学和逆运动学问题的分析,分别求出了正运动学解和逆运动学解。并在此基础上建立数学模型,应用Ｍａｔｌａｂ软件编程,进行运动学模拟仿真,验证了ＨＰ９９型堆垛机器人运动学正解、反解的准确性和运动的可行性,其仿真结构完全是真实可靠的,为以后的操作提供了数据和运动参考。     

六足仿生机器人步态规划与足端可达空间分析

为进行六足仿生机器人轨迹规划和控制,设计了稳定性高且运动速度快的三角形步态,利用坐标变换分析机器人腿部运动学正解,利用几何关系分析腿部的运动学逆解,分别得出正解和逆解的显式解,并验证了正解和逆解的正确性。根据正解结果利用MATLAB仿真腿部的可达空间,并分析了可达空间的形状分布,结果表明在可达空间范围内腿部能够摆动足够的跨度和高度,从而实现行走及越障。     

6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究.建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件,编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解.并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

浮式起重机补偿装置平台的运动仿真分析

以三自由度波浪补偿控制平台为研究对象,探索其在横摇、纵摇及垂荡三种运动的复合运动下的运动特性。分析该补偿装置平台的空间结构和空间姿态的位置解算,使用ADAMS软件完成了平台在复合运动下的运动学正、逆解及动力学仿真与分析。结果表明:该装置平台的正、反解完全吻合,这为后期物理样机控制系统的建立奠定了基础。     

轮腿式移动机器人的运动学分析

针对轮腿式移动机器人在非平整地面上的姿态控制问题,提出了移动机器人在非平整地面上的位姿分析通用方法。根据移动机器人的结构特点和姿态调整原理,建立了移动机器人在非平整地面上转向行驶时的运动学模型,得出运动学方程。采用坐标变换法,推导出移动机器人在非平整地面上的位姿方程及其运动学正解和逆解,在此基础上推导出移动机器人的姿态与工作平台的姿态之间的运动学关系。     

六自由度机器人设计分析与实现

对六自由度机器人进行运动学分析,用D-H方法获得了运动学正解、运动学逆解,为运动学轨迹规划打下基础。根据逆解和运动过程的要求,对六自由度机器人进行轨迹规划。将MATLAB软件中轨迹规划的结果在ADAMS软件中进行虚拟仿真,得到的实验数据为机器人运动过程的研究和结构优化提供理论依据。     

带位移传感器的6-UPS并联机构运动学正解

闭环实时反馈控制依据运动学正解,但是运动学正解问题一直没有彻底解决。6-UPS并联机构(6-UPS)的运动学解析正解可通过消除变量,获得一元高次多项式方程,也有通过添加至少2个附加位移传感器方法求解,虽然随着研究的深入有所进展,但是仍然不足以应用于实时的闭环反馈控制。为了高性能的闭环实时反馈控制,提出一种6-UPS运动学正解的解析算法:在平面平台型6-UPS中心添加一个位移传感器,通过测出第7个杆长,基于四元数并采用新符号表示动平台的姿态矩阵,结合代数消元等方法对11个相容方程进行降次、降次、升次处理,最终求出面向闭环实时反馈控制所需要的6-UPS机构解析正解,解决了奇异性局限,且位置和姿态可获得唯一解,解决了多解选择的难题。通过数值算例验证了所提算法的正确性和有效性。     

Stewart型六自由度运动平台反解算法研究

Stewart型六自由度运动平台,能够完成空间中六个自由度的运动。该文通过研究Stewart平台的机构特点和相关理论,总结出其运动学反解的运算规律,根据运动规律编写了反解算法,并通过Matlab中的Simulink建立了运动模型。给定目标姿态曲线,通过运算对运动仿真模型进行控制,即可得出运动曲线。通过比较仿真曲线与目标姿态曲线的吻合程度,即可判断算法的正确性。该研究过程为六自由度运动平台及其控制系统搭建提供了理论依据,为六自由度运动平台作为振动台进行测试试验奠定了基础。     

六自由度伺服机器人的运动特性分析

对伺服机器人的运动特点,运动学模型,运动学正解,运动学逆解等问题进行深入分析,获得了机器人的运动学参数,为进一步研究机器人的轨迹规划、动力学分析、机器人的控制等问题打下良好的基础.     

3-RRR球面并联机器人运动干涉检查及工作空间研究

为了将3-RRR球面并联机器人用于空间定位跟踪的执行机构,以欧拉角描述机器人末端动平台的姿态,建立机器人位置方程,得到了关节转角的表达式.用几何分析的方法给出了机器人具有姿态空间的必要条件以及各关节必须满足的结构约束.将球面机构的连杆表示为球面上的大圆弧,连杆发生的运动干涉表现为两连杆圆弧的相交,采用球极映射的方法将代表连杆的空间圆弧映射为平面曲线,从而使得空间圆弧求交点问题简化为平面曲线求交.同时,考虑并联机器人在动平台的每个姿态下具有多种位置和每个连杆具有两侧边界的实际情形,提出了判别并联机器人发生运动学干涉的准则和流程.在实例中,以机器人各分支同时具有满足关节结构约束条件的运动学解为目标,探索出机器人姿态空间,进一步对姿态空间每一点进行运动干涉判别,得到了连杆运动干涉在姿态空间的分布.     

7自由度串联机器人运动学分析

以北京某大学自行研制的7自由度串联机器人为研究对象,对其运动学正解和逆解进行分析和研究。应用旋量方法推导出该机器人的运动学正解求解方程。在运动学正解求解方程基础上,采用位姿分离方法,将7自由度串联机器人的运动学逆解问题分解为位置逆解和姿态逆解两部分,并结合几何法和最短行程原则优化计算位置逆解和姿态逆解,继而完成了该机器人的运动学逆解求解。仿真结果验证了该7自由度串联机器人运动学逆解求解方法的正确性,且证明了该方法具有运算量小和精度高等特点。     

微创外科手术机器人6自由度操作手运动学分析

微创外科手术机器人6自由度操作手是微创外科手术机器人的重要组成部分,是进行手术的主体.而操作手的运动学正逆解是对外科手术机器人进行研究的关键技术之一.文中运用D-H法对外科手术机器人运动学正解进行了研究,且根据位姿分离的方法求解出了运动学逆解,并采用MATLAB中的SimuLink对运动学正逆解进行了仿真验证,从而为微创外科手术机器人的进一步研究奠定了基础.