基于旋量理论的六自由度机械臂逆解算法

机器人求逆解过程中主要采用D-H参数法和旋量法来建立机器人运动学模型。D-H参数法机器人运动学分析中应用较多,但由于D-H参数法需要在每个关节处建立坐标系,因此建模过程较为繁琐。旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,建模较为方便并且几何意义更明确。基于旋量理论建立的机器人运动学模型,其逆解一般采用Paden-Kahan子问题方法进行求解。针对6R模块化机械臂,该机械臂后3个关节轴线相交于一点,基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,利用几何关系与Paden-Kahan子问题,对该机械臂进行了逆运动学求解,得到了该机械臂的解析解。利用Matlab编制运动学算法程序,验证了逆解算法的正确性。     

基于几何法和旋量理论的6自由度机器人逆解算法

针对6自由度串联机器人运动学逆解求解过程复杂、几何意义不明确的问题,提出一种基于几何法和旋量理论相结合的求解方法。基于旋量理论建立机器人的运动学模型,其运动学逆解常采用Paden-Kahan子问题加以求解,但针对前3个关节轴线均不相交的机器人,难以用现有的子问题进行求解。因此,采用一种几何解法进行前3个关节角度的求解。针对后3个关节轴线相交于一点的问题,采用Paden-Kahan子问题进行求解,最终推导出此类机器人运动学逆解的封闭解。以ABB1410机器人为例进行算法验证,验证了此算法的有效性和可行性。     

基于旋量和消元法结合的牛仔面料打磨机器人运动学分析

针对传统D-H法进行机器人运动学分析过程中计算复杂、奇异性等问题。采用旋量理论建立牛仔面料打磨机器人的运动学模型,应用Paden-Kahan子问题法对逆运动学进行分析时,由于轴线交点不足,子问题算法受限,所以将消元法和子问题算法相结合对逆运动学问题进行分析,关节1角度采用Paden-Kahan子问题求解,剩余关节角度采用消元法求解,完成逆运动学求解。以牛仔面料打磨机器人为研究对象,验证算法正确性。仿真结果表明:该方法运算过程简单,计算误差较低,可为机器人在牛仔面料打磨过程中的运动控制提供理论依据。     

基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析

为提高三指机器人灵巧手逆运动学的求解效率,提出了基于旋量理论的逆运动学新的求解算法。以Shadow三指灵巧手为例,在无法直接利用单纯的Paden-Kahan 子问题求解逆运动学的条件下,食指（无名指）的逆解采用Paden-Kahan子问题与代数解相结合的算法,拇指的逆解采用数值法与Paden-Kahan子问题相结合的算法。最后通过计算实例证明了算法的有效性和可行性。该算法在保证精度的前提下,几何意义明显,耗费时间短,效率高。     

基于吴方法的6R机器人逆运动学旋量方程求解

基于旋量理论建立6R机器人的运动学模型,与传统的D-H参数法相比,旋量法从整体上描述刚体的运动,避免了用局部坐标系描述时所造成的奇异性.但用旋量法求解运动学逆问题时,受到子问题算法的限制.将吴方法引入逆运动学问题的求解,通过其特征列的思想与旋量法相结合,并利用数字化推理平台(Mathematics mechanization platform, MMP)和Maple软件进行符号化运算实现了运动学逆解算法,最后用计算实例证明了算法的可靠性.基于吴方法求解机器人逆运动学的旋量方程,继承了旋量法的优点并减小了对子问题算法的依赖性,更加便于计算机的机械化运算.该方法具有较高的效率和精度,可以推广到其他构型(如并联机构)机器人运动学问题的求解.     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

工业机器人逆解问题的旋量解法

运用旋量方法建立工业机器人运动学模型,提出一类子问题以求解通用的逆解算法。利用仿真软件DELMIA的机器人模型库,给出一种"特殊位形法"来求解机器人连杆参数。将机器人前三个关节运动定义为一类新的子问题,即已知点绕两个平行轴线和一个与前两个轴垂直的轴线旋转至定点的问题。结合经典的Paden-Kahan子问题,推导出机器人8组逆解的解析算式。以IRB1400弧焊机器人为例,验证算法正确性。仿真结果显示算法误差在10-12数量级,耗时不到0.12 ms,能够满足机器人控制系统高精度和实时性要求。     

ABB1410工业机器人的旋量运动学逆解方法

为了高效可靠实现工业机器人逆运动学求解,针对常见6自由度工业机器人"后3关节轴线相交,关节2、3轴线平行且与关节1轴线异面垂直"的结构特点,以ABB1410机器人为对象,建立旋量运动学模型,将几何关系法与PadenKahan子问题相结合,提出了一种运动学逆解方法。该方法首先利用机器人腕部点和前3关节轴线之间的几何关系求解关节角1,再将后5个关节角的求解转化为3个Panden-Kahan子问题1和1个子问题2,完整地给出了逆运动学封闭解。通过实验验证了该逆解算法的准确性和实用性。     

6自由度关节机器人运动学反解的共形几何代数方法

机器人运动学模型的建立普遍利用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法,但是D-H参数法的几何意义不够明确,旋量法则有低自由度、关节轴线相交于1点的结构限制。针对6自由度关节机器人反解问题提出一种利用共形几何代数求解的新方法。首先以旋转关节轴线和旋转平面为基础建立无坐标系机器人模型,并定义肩部、肘部和腕部3种机器人结构设计形式。然后在上述模型和机器人结构下利用已知共形点建立直线、平面、圆周和球体等共形几何对象,通过几何对象的约束关系进行简单的代数运算完成各关节轴的旋转角计算。另外,该方法在进一步简化代数运算的基础上,利用2直线对象和旋转平面法矢量的约束关系唯一确定旋转角,从而完成运动学反解计算。最后,以常用的人机协作的UNIVERSAL ROBOT UR5 6自由度关节机器人为例,利用该算法进行运动学反解的验证,计算结果表明该算法的正确性。     

介入机器人运动学及轨迹规划研究

针对介入机器人运动学和轨迹规划问题,基于D-H坐标系理论建立了血管介入主端机器人的运动学方程,并对该方程进行了求解;其次,在关节空间内采用五次多项式插值方法,结合介入机器人运动参数对关节轨迹进行了插值计算,实现了对血管介入机器人关节空间的PTP轨迹规划;最后,利用Matlab机器人工具箱建立了该机器人的三维仿真模型,并且对机器人运动学、轨迹规划进行了仿真验证。研究结果表明:该机器人连杆参数设计合理,活动空间适应手术要求,运动学方程准确可靠,在关节空间内利用五次多项式进行轨迹规划保证了机器人运动连续平滑。目前该技术已应用于血管介入手术临床试验中。     

D-H法建立连杆坐标系存在的问题及改进

广泛使用的标准D-H法允许坐标系建立在轴线的延长线上,会导致不能针对所有关节连杆进行建模、建立的机器人模型与实体不一致,以及无法进行局部关节位置分析等问题。为了得到统一、直观、准确的模型建立方法,提出了一种统一的实体建模方法--坐标系固定在实体上的D-H表示法（简称CFDH法)。说明了CFDH法坐标系建立的方法、参数获取过程。以一个六自由度机械臂作为仿真对象,分别用D-H法和CFDH法对其进行建模,然后采用Newton-Raphson求逆解,比较两者计算复杂度并对两种建模方法进行整体对比。仿真和实验结果表明,CFDH法满足机器人运动学建模的需求,解决了D-H法存在的问题。     

电弧传感移动式焊接机器人的数学建模方法及仿真

基于多级坐标变换原理与D—H表示法,推导出电弧传感移动式焊接机器人焊炬的运动学方程,建立了焊缝切线法和机构简化法运动学仿真模型,并进行了MATLAB仿真。通过分析和对比仿真结果,对两种模型的有效性进行了验证,同时也总结出两种方法的优缺点。     

几器人砂带磨削系统的夹具优化

根据复杂曲面磨削任务对机器人的实际要求,提出了一种PPPRRR砂带磨削机器人构型,利用D—H法建立了机器人的运动模型及正反解方程。建立了基于该构型机器人砂带磨削系统的曲面磨削数学模型,在此基础上以高尔夫球头为典型工件代表,分析了利用夹具改变零件的装卡姿态及改变磨削机与机器人相对位置对工件可磨削性的影响,利用蒙特卡洛方法优化了磨削机与机器人的相对位置及零件装卡姿态,提高了磨削机器人系统的加工性能。     

基于CATIA V5的工业机器人运动学仿真研究

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一.利用高端三维CAD软件对六自由度M_6iB机器人建立三维运动仿真模型.采用D-H参数法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并利用Matlab编写了运动学方程的变换矩阵,最后利用软件对机器人的运动进行分析.研究了运动学方程的求解,基于CATIA V5的DUM中...     

一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真

针对Motoman-HP20机器人的构型特点,采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系,将机器人分解为位置结构和姿态结构,得到以位置矢量和欧拉角表示的完备广义坐标,利用位姿分离法对机器人进行逆运动学求解,求得各个关键转角。构建了三维可视化仿真环境,验证所提出的运动学算法的正确性。该仿真环境可以直观地观察机器人各部分的运动情况。     

石油钻机井架弧焊机器人运动学分析与仿真研究

根据D-H坐标变换方法建立了石油钻机井架焊接机器人的运动学方程,并利用ADAMS软件进行了计算机仿真,通过仿真可以看出该机器人的参数化模型方案是可行的,与真实的焊接情况吻合较好。     

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

提出一种简单的利用激光跟踪仪和线性方程最小二乘解对机器人进行标定的方法。通过将机器人运动学方程线性化,建立机器人末端凸缘盘位置误差与连杆D-H参数误差的关系方程。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,并通过圆周法求解每个关节电动机的直线方程,进而可以求得机器人的连杆扭角。通过激光跟踪仪测量机器人目标点的坐标值,并通过串口获得机器人6根轴的角度值建立标定方程。通过求解此方程,获得机器人的实际D-H参数,并将此参数应用于修正系统的运动学模型,能够提高机器人的绝对精度。最后对解算过程中的误差和原因进行说明,并对机器人的误差原因进行分析,指出标定过程中需要注意和改进的几个问题。     

6650型工业机器人运动学分析

以6650型六轴工业机器人作为研究目标,利用D-H表示法建立该机器人的连杆模型与连杆坐标系。得到机器人杆件几何参数和关节变量,进而推导出该机器人的运动学方程,并由此计算出机器人的工作空间,为机器人的轨迹规划及运动提供一定的数学基础。     

Motoman-UP20机器人运动学分析及求解

采用Denavit—Hartenberg坐标变换法建立Motoman—UP20六自由度机器人运动学模型，并将机器人分解为位置结构和姿态结构，利用臂腕分离法对手臂进行逆运动学分析，并在此基础上推导出末端执行器的逆运动学算法，该算法计算量最小，误差也较小，且可利用机器人的示教盒进行快速检验。利用仿真软件Rotsy建立机器人及其工作环境，仿真证明了该方法的有效性。该算法用于对开发机器人离线编程系统具有重要的作用。