三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究

为实现三自由度机械臂运动控制,采用D-H参数法建立运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解;对比代数法和几何法求运动学逆解的优劣,采用一种三自由度机械臂逆运动学求解的几何法,避开多解性问题。运用Bresenham插补算法,在笛卡尔空间坐标系中对机械臂进行轨迹规划,最后通过Matlab Robotic Tool仿真分析,得到各关节的位移、速度和加速度随时间变化曲线,并验证算法的准确性。该方法可为其他多关节机器人动力学和轨迹规划等研究提供理论分析和依据。     

HSR-JR605工业机械臂的运动仿真研究

运用D-H参数法对华中数控HSR-JR605工业机械臂进行运动学分析和参数设计;利用Matlab软件建立HSR-JR605的虚拟仿真模型,并对其进行正向运动学、逆向运动学仿真和关节空间点到点轨迹规划仿真,得到HSR-JR605的关节转动速度、关节速度、关节加速度的变化曲线,具有连续、平稳、无断点、无跳跃、无拐点等现象,从而验证了HSR-JR605工业机械臂参数的合理性和仿真模型的准确性.     

基于SimMechanics的六自由度机械臂轨迹规划研究

针对机械手臂在运动过程中出现的不稳定现象,本文利用多项式插值规划关节空间的轨迹,并利用Matlab中的SimMechanics建立逆运动学仿真模型,由轨迹规划模块得到的各关节变量的角度、角速度和角加速度来驱动各关节运动;同时对机械手臂末端轨迹规划进行分析仿真。仿真结果表明,仿真模型输出轨迹和预定轨迹相吻合,利用仿真模型可以准确、有效地得到外骨骼康复机械手臂的运动参数和运动轨迹,并实现了机械手臂匀加速、匀速和匀减速的运动状态。该研究对六自由度外骨骼康复机械手臂结构设计提出了建设性意见,也为外骨骼康复机械手臂的分析设计提供了可靠依据。     

四自由度机械臂目标抓取轨迹规划的研究

为了实现Open-Manipulator机械臂目标抓取的运动控制,首先采用改进的D-H参数法构建机械臂运动学模型,然后利用机械臂结构坐标系之间的齐次变换矩阵,求得了正运动学和逆运动学解.最后利用Matlab下的Robotics Toolbox工具包进行仿真,在机械臂的关节空间坐标系采用七阶样条曲线算法进行轨迹规划,得出了各个关节的角度、角速度和角加速度的拟合曲线.结果表明,机械臂抓取作业轨迹平滑,各个关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,能够满足实际应用需求,为机械臂的目标抓取运动规划提供了相应的支持.     

冗余机械臂运动学建模与轨迹规划分析

针对七自由度冗余机械臂运动规划问题,提出了一种改进的运动学建模方法和轨迹规划方法。首先,通过改进的DH参数法建立冗余机械臂的正向运动学模型,描述从关节空间到笛卡儿空间的变换。然后,提出加权最小二乘法建立冗余机械臂的逆向运动学模型,快速求解笛卡儿空间到关节空间的变换。接着,利用五阶多项式插值函数对冗余机械臂进行关节空间轨迹规划,提高机械臂运动的平坦性。最后,在仿真中验证了本文所提方法的有效性,结果表明该方法能够有效解决冗余机械臂的运动规划问题,具有一定的实际应用参考价值。     

基于Matlab的模块化机器人运动学仿真

针对六自由度模块化机器人,使用D-H法对机器人建立模型,进行运动学分析,完成机械臂精确控制和轨迹规划.通过Matlab软件构造仿真模型,实现机械臂实体模型的线条化表示,简化了机器人三维结构建模的过程.重点进行关节运动学机理分析,利用Matlab软件的矩阵运算能力强大的优点,对模块化机器人的正、逆运动学问题进行求解,以及对轨迹规划进行仿真,分析机器人运动规律,为机器人运动控制提供理论依据.     

一种基于六次多项式轨迹规划的机械臂避障算法

针对机械臂避障轨迹规划的一系列需求,提出了一种基于六次多项式轨迹规划的机械臂避障算法。首先,采用六次多项式对机械臂轨迹进行规划。设曲线方程中六次项系数为待定参数,通过调整参数,改变曲线形状,使机械臂绕过障碍物的同时优化轨迹的性能指标,从而将机械臂避障轨迹规划问题转化为约束条件下的多目标优化问题;其次,综合碰撞检测结果、运动学指标,通过加权系数法建立适应度函数;最后,通过遗传算法进行优化,在关节空间中规划出一条无碰撞,同时运动学、轨迹长度、转动角度等要求一起协同优化的理想运动轨迹。此外,通过MATLAB对该算法进行了仿真实验验证,结果表明,该方法能够有效地规划出满足机械臂性能要求的无障碍运动轨迹。     

一种机械臂运动学研究及3D 仿真平台构建

针对川崎机械臂FS03 N的构型特点,提出了一种逆运动学的求解方法。采用DH法建立了机械臂的连杆坐标系,得到正运动学方程,通过变量分离将机械臂姿态采用欧拉角表示,得到了机械臂位姿的一组广义坐标。通过对FS03N的构型分析,采用几何法与反变换法相结合的方法,以解的组合关系为基础,得到了机械臂的8组封闭解。建立了基于Matlab的机械臂算法验证与3D仿真运动平台,验证了逆运动学解算的正确性,为机械臂的轨迹与路径规划提供了前提条件。     

一种六氟化硫检测机械臂的设计与分析

针对220kV变电站六氟化硫断路器气体泄漏的检测作业过程,以检测断路器圆周罐体为任务需求设计一种检测机械臂。首先通过分析六氟化硫断路器检测环境和检测内容,提出四种检测机械臂构型并完成检测机械臂的尺度综合;其次采用D-H方法建立以关节角为变量的检测机械臂运动学模型,通过蒙特卡洛法计算检测机械臂的工作空间;最后在工作空间中规划对六氟化硫断路器罐体的检测路径,通过Matlab进行轨迹仿真,分析各个关节的角度与速度变化趋势。通过对检测机械臂的仿真和实验,表明本文设计的检测机械臂能够有效稳定地完成六氟化硫断路器罐体的气体泄漏检测作业。     

基于改进粒子群算法的机械臂轨迹规划研究

为提高机械臂的适用性和工作效率,针对机械臂关节空间时间最优轨迹规划问题,在研究传统的多项式插值轨迹规划方法基础上,结合改进的粒子群优化算法,通过动态调整学习因子,结合线性惯性权重,改善传统粒子群算法容易陷入局部最优的缺点,快速准确得到最优解;在机械臂工作空间中选取可到达的路径点,获取路径点处的关节角度,采用3-5-3分段插值多项式法规划机械臂的运动轨迹,同时利用改进粒子群算法优化轨迹的运行时间,得到平滑、连续且时间最优的运动轨迹曲线。Matlab仿真实验结果验证了该方法进行轨迹规划的可行性和有效性。     

排爆机器人机械臂奇异位形及工作空间分析

以反恐排爆机器人5自由度机械臂为研究对象,利用矢量积法求解机械臂的雅克比矩阵,在此基础上,对其进行奇异位形及工作空间分析;结合Matlab进行计算和仿真,最后求得对应的关节角度.分析排爆机器人机械臂的奇异性及工作空间,为轨迹规划、动力学分析提供了重要的前提条件.结果表明,机械臂结构设计合理,为机械臂的操控提供理论依据.     

二自由度机械臂的鲁棒轨迹跟踪控制及仿真

本文以二自由度机械臂为主要研究对象,对机械臂进行运动学模型分析和动力学模型分析,采用自适应鲁棒PD控制器,给出自适应律设计。最后基于Matlab软件搭建控制系统图,通过调节参数实现对机械臂轨迹的跟踪控制。     

基于MATLAB的六轴机械臂运动学分析与验证

针对Hyundai-Hs220型六轴机械臂,采用改进D-H建模法建构机器人关节坐标系,分析并推导了正逆运动学方程,基于MATLAB平台及机器人工具箱在仿真环境下构建机器人模型,分别对正逆运动学方程进行仿真和计算,并验证了运动学方程的正确性。在关节空间内进行轨迹规划的实验,得到了各关节连续平稳的运动曲线,为后续进行轨迹规划控制奠定了理论基础。     

基于碰撞检测的空间冗余机械臂避障路径规划

针对障碍环境中自由漂浮模式空间冗余机械臂的路径规划问题进行了研究。首先基于球形包围盒和空间叠加思想简化描述障碍物和机械臂的空间占位关系,采用直线段与球体之间相对位置关系判断是否碰撞的检测方法。然后从正向运动学出发,运用关节参数化方法,把路径规划问题变为带约束的参数优化问题,并考虑基座姿态扰动最小以及碰撞规避建立多项加权的目标函数,通过粒子群优化算法求解最优解,得到机械臂关节运动轨迹。最后以七自由度空间冗余机械臂为例进行仿真,结果表明该方法可以实现有效避障,同时基座姿态受扰很小,关节运动轨迹平滑,且机械臂末端也能够以较高精度达到期望位姿。     

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.     

基于位姿分离的机械臂解析求逆优化算法

针对6R机械臂逆向运动学求解过程复杂繁琐、求解精度不理想的问题,提出一种基于位姿分离的解析求逆优化算法.利用改进型D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过连杆变换矩阵推导出机械臂的正向运动学方程,利用位姿分离思想进行逆解优化算法设计,利用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,运用Matlab Robotics工具箱验证改进算法的有效性.结果表明：该改进算法具有较高的求解精度,与现有解析优化算法相比,大幅度简化了求解过程,提高了运算效率.     

六自由度机械臂运动学分析与轨迹优化

针对机械臂运动轨迹偏差较大的问题,采用D-H法建立模型,对六自由度机械臂进行了正、逆运动学的分析,基于机械臂关节轴的典型几何结构利用PIEPER准则推导逆运动学的封闭解;在笛卡尔空间中分析了直线插补和圆弧插补两种方法,通过对空间插值点的优化减小轨迹偏差,实现轨迹优化。仿真验证了算法的可行性,对机械臂在工业中的实际应用具有一定的指导意义。     

故障机械臂模型重构后的轨迹规划与实验分析

针对六自由度机械臂作业过程中,两个旋转或俯仰关节发生故障后的运动受限问题,提出一种基于D-H表示法的模型重构轨迹规划方法 .首先对故障前后的机械臂结构进行分析,锁定故障关节,将原六自由度机械臂转化为四自由度机械臂,然后采用D-H表示法对故障机械臂进行建模,并求取其运动学正逆解,再重新在任务空间中对机械臂进行轨迹规划.为了验证故障机械臂轨迹规划算法的有效性,进行了移动机械臂旋拧圆形门把手的实验,采集故障前后的机械臂运动数据进行分析,验证了所设计算法在直线、圆弧轨迹规划中的可行性.实验结果表明,在故障机械臂的工作空间内,模型重构后的机械臂仍能完成一定的作业任务.     

五自由度操作臂笛卡尔空间内运动控制的实现

为实现操作臂各关节间在移动过程中抓取任务完成的准确性,设计了五自由度操作臂,采用DH法则对该操作臂进行运动学分析,建立了末端位姿信息与各关节角间的变换关系。采用轨迹插补的方法得到这两点间若干轨迹中的间断点集,根据运动学中关节角的变化量,利用最小二乘法来寻找总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内跟踪所规划的轨迹。研究结果表明：为避免工作空间奇异点的存在影响运动控制过程,对各关节角度与末端位姿间关系采用最小二乘法来寻找关节角总增量的最小解,实现操作臂末端在笛卡尔空间内的轨迹跟踪,并准确地完成了空间抓取动作。     

Dobot机器人运动学分析及建模仿真

为了实现Dobot机器人的运动控制,本文采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法,建立Dobot机器人运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解和逆解;同时,采用五次多项式插值的方法,对Dobot机械臂进行轨迹规划,并利用Matlab Robotics Toolbox仿真工具箱对Dobot机器人进行正逆运动学运算和轨迹规划仿真。仿真结果表明,各关节角度值从起点到终点的变化曲线呈现五次多项式曲线变化;各个角速度大小呈现先增加后减小的变化。该研究对于Dobot机器人的开发具有较高的经济实用价值。