可重构模块化机器人正运动学建模

对可重构模块化机器人的正运动进行了研究,对每一个功能模块推导出了独立变换矩阵.将装配机器人各模块的矩阵加以连乘就可以得到正运动学公式.每一个功能模块的矩阵仅随模块的类型的改变而改变,不随模块的大小而改变.同时采用Matlab语言建立了正运动学的用户界面,进一步简化机器人正运动学的计算.     

可重构机器人封闭形式的运动学逆解计算

由于可重构机器人构型的多样性,其运动学逆解的自动生成是应用中的关键问题。采用旋量和指数积公式建立可重构机器人的运动学模型,系统地分析了指数积公式的化简方法、子问题的分类和计算方法并加以实现,为可重构机器人封闭形式的运动学逆解提供了一种通用的可分解的计算方法,降低了求解的复杂性。通过一个典型实例验证了算法的有效性与可重用性。     

可重构机器人运动学正逆解的算法研究

基于指数积公式法，建立了与可重构机器人构型无关的正向运动学方程；将机器人整体运动学逆问题分解成若干子问题的组合，并通过对11种标准型子问题和指数积方程分解处理技巧的分析，得出了能快速方便地求解各种构型可重构机器人运动学逆解的通用方法。结合实例说明了上述方法的有效性。     

基于旋量理论的可重构机器人运动学的研究

研究了可重构机器人的正、逆运动学算法，应用旋量理论和指数积公式法，而非较常用的D—H法建立运动学模型，得出了与机器人构型无关的正运动学算法，并推导得到通用性较好的迭代计算逆解的数值算法，通过基于实例进行Matlab编程的实现，验证了算法的可行性。     

可重构模块化机器人正运动学和工作空间的分析

采用DH矩阵方法对可重构模块化机器人正运动学进行分析,得出了机器人末端执行器的位姿矩阵;对于可重构模块机器人工作空间的分析,采用DH矩阵中旋转矩阵与位置向量的数学关系得出机器人末端执行器的位置向量公式,使用MATLAB编程计算和绘制出工作空间图.     

一种可重构模块化机器人系统的运动学研究

介绍了一种可重构模块化机器人系统,进行了基于指数积法的模块化机器人的运动学研究。采用装配映射矩阵描述模块装配的拓扑结构信息。利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得了各个关节的旋量坐标并自动生成了基于全局指数积法的机器人运动学正解模型。通过对旋量坐标的伴随矩阵变换获得了机器人的空间雅克比矩阵,进而采用速度变换的方法得到了夹爪坐标系相对于空间坐标系的雅克比矩阵。采用Newton-Raphson迭代方法,利用雅克比矩阵的广义逆实现了运动学逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

模块化可重构足式仿生机器人设计

在应用仿生学原理和拓扑理论对足类生物骨骼结构进行简化和模块化分的基础上,开发了一套模块化可重构足式机器人系统,此套系统能够构造出多种不同构形的足式机器人,并且由于采用了均一化的设计,在一定程度上降低了生产成本。     

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。     

模块化可重构三腿并联机器人的运动学控制

基于局部指数积公式,提出了利用Paden-Kahan子问题法直接解析求解模块化三腿并联机器人关节角位移的逆运动学方法,进行在线位置轨迹规划与控制。由于在求解主动关节位移的同时被动关节位移也可一并求出,因此和迭代法相结合可以提高在线计算前向运动学的效率,实现位置轨迹的在线监控。通过对球面工件进行加工的演示,验证了子问题法在并联机器人运动控制中应用的实用性。     

Generation of closed-form inverse kinematics for reconfigurable robots

For reconfigurable robots, the automatic generation of inverse kinematics is a key problem, because such robots may assume various configurations. In this paper, the screw and product-of-exponentials (POE) formula are used to model the kinematics of reconfigurable robots. The POE formula can be converted to canonical subproblems through decomposition and adjoint transformation. Three classes and 28 types of subproblems containing geometric or algebraic solutions are identified and solved, which can be reused in different configurations. A generalized, decomposable, and reusable approach for close-form inverse kinematics of reconfigurable robots is developed based on POE and subproblems. The effectiveness of this method is shown in an example. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(8): 210–214 [译自: 机械工程学报]     

Generation of closed-form inverse kinematics for reconfigurable robots

For reconfigurable robots, the automatic generation of inverse kinematics is a key problem, because such robots may assume various configurations. In this paper, the screw and product-of-exponentials (POE) formula are used to model the kinematics of reconfigurable robots. The POE formula can be converted to canonical subproblems through decomposition and adjoint transformation. Three classes and 28 types of subproblems containing geometric or algebraic solutions are identified and solved, which can be reused in different configurations. A generalized, decomposable, and reusable approach for close-form inverse kinematics of reconfigurable robots is developed based on POE and subproblems. The effectiveness of this method is shown in an example.     

具有并联关节的两足步行机器人运动学反解分析

分析了人体腿部关节的运动特点,提出了一种3自由度3-RRR并联机构作为髋关节,2自由度球面机构Ur作为踝关节,转动副R作为膝关节的新型两足步行器;对两个并联关节的位置反解进行了研究;采用解析方法对步行机器人的位置反解进行了分析,得出反解的解析表达式,最后用实例验证了求解过程.该研究对机器人步态规划、动力学分析及控制的研究有重要意义.     

关节型模块化机器人构型及运动学研究

分析了模块化机器人模块划分与重构的关系,总结了模块的划分原则。对关节型机器人进行了模块化分,建立了含有五种单元模块的模块库,并对其可实现构型进行了拓扑分析。提出了一种新的坐标系建立方法,基于旋量理论和指数积公式推导出了每个单元模块的变换矩阵,得出了适用于关节型机器人构型变化的正运动学方程。最后通过实例验证了拓扑构型分析及运动学算法的正确性。     

PRS-XY型混联数控机床逆运动学分析与数控实验验证

对新型PRS-XY型混联数控机床进行逆运动学分析,导出基于虚轴X、Y、Z、A、B坐标的五轴联动逆运动学变换公式,使PRS-XY型混联数控机床的编程方式与普通数控机床一致。通过实验,验证了逆运动学变换的正确性。     

Inverse kinematics of redundant robot based on VC++

This paper uses a 7-degree-of-freedom(7-DOF)manipulator end-effector to research inverse kinematics solution,Three methods are used and compared,including fixing an angle method,the iteration method and the neutral network method.By comparison,the iteration method is much better because of its high accuracy,fast speed and stabilization,and it does not require calculation of the pseudoinverse of the Jacobian.Thus,this control scheme is well suited for real-time implementation,which is essential if the end-effector trajectory is continuously modified based on sensor’s feedback.Finally,using VC++and Microsoft foundation classes(MFC)to achieve the main machine interface.Through verification,the precision meets the requirements of general control system in real-time implementation.     

基于手脚融合功能的多足步行机器人正运动学分析

简单介绍了一种新型机器人--基于手脚融合功能的多足步行机器人的结构,并对该类机器人的正运动学问题进行了详细研究.对该类机器人的两种典型运动状态--行走和抓取状态的运动学关系进行了阐述.文中首先根据机器人结构的约束关系导出了机器人机体轨迹(质心)的表达式,再对具有抓取功能的串联机械手的正运动学关系进行研究后,获得了机器人在抓取物体时的运动学关系.文中对相关公式进行了推导,给出了表达式,最后以相关算例进行了说明.该研究结果对于加快该类机器人的实用进程有显著意义.     

位姿水平的冗余自由度机械臂运动学逆解算法

本文通过分析七自由度机械臂构造特点,用曲面几何理论得到肘关节在笛卡尔空间中的点集,参考各关节角运动范围,可以求出冗余自由度机械臂逆运动学的全部构型解,从而可以方便地实现实现机械臂的全局优化。此方法既提高了解的精度,又减少了运算量,同时为速度解的解算提供了便利条件和新的思路。