7自由度仿人手臂运动学研究

介绍了服务机器人7自由度仿人手臂运动学分析的方法,对逆运动学求解采用两种方式:一种是将7自由度退化成6自由度来求运动学逆解;另一种是将机器人手臂分成臂和腕两部分,采用位姿分离法来求运动学逆解,体现了冗余度特性.两种方法简化了逆运动学求解,计算量都比较小,适合实时控制.     

六自由度机器人的运动学分析

针对一种自主研发的二三四轴相互平行的六自由度机器人,通过D-H(Denavit-Hartenberg)法建立机器人连杆坐标系和变换矩阵,求得正运动学方程,基于矩阵逆乘的思路进行逆运动学的求解,提出此类六自由度机器人逆运动学求解的方法,求出逆运动学的全部解析解。针对该机器人的奇异性,提出奇异位置逆解的处理方法,并用MATLAB机器人工具箱Robotics Toolbox验证了正解模型和逆解算法的正确性。研究结果为该机器人后续的轨迹规划和控制提供理论依据,对于具有相似结构的机器人运动学正逆解问题具有借鉴意义。     

一种可重构机器人运动学求解方法

针对可重构机器人没有统一的运动学求解形式问题,提出通过构形平面匹配方法求解可重构机器人的运动学.采用改进形式的D-H建模方法,可自动形成可重构机器人运动学模型;将机器人在目标点的位形分解成若干个构形平面,通过三级构形平面的匹配,可求得具有单一串连形式可重构机器人运动学逆解;对搭建的6自由度机器人和8自由度机器人构形的运动学进行实例仿真.仿真结果表明,采用有限个构形平面匹配方法能够求解出可重构机器人运动学,验证了算法的正确性和实用性.     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。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,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

构形平面方法求解冗余机械臂逆运动学

由于冗余机械臂存在冗余自由度,导致其逆运动学求解方法复杂。本文依据构形平面的基本理论,提出了一种快速、简洁的冗余机械臂逆运动学求解方法。首先对冗余机械臂的结构进行分析,将冗余机械臂分解成若干个构形平面。然后,采用构形平面匹配方法,将该机械臂工作构形进行位置和姿态匹配,同时采用半解析的方式求得逆运动学解。最后,对7自由度冗余机械臂进行仿真计算,实验结果验证了该方法求解精度高、求解速度快,而且避免产生奇异值。     

一种四足磁吸附爬壁机器人运动学分析及仿真

为实现爬壁机器人在不同曲率的铁基壁面上可靠吸附和自由运动,设计了一种能够全方位运动的四足磁吸附爬壁机器人。首先运用修正的Grübler-Kutzbach(G-K)公式对机器人进行了自由度分析。然后采用D-H法建立了机器人行走腿的连杆坐标系,分析了行走腿的正逆运动学。接着将机器人视为并联机构,分析了运载平台的正逆运动学,给出了逆运动学的解析解,并使用了一种基于牛顿法的求解含有冗余方程的数值算法得到了正运动学的数值解,建立了完整的机器人运动学数学模型。为了验证所建数学模型的正确性,使用Matlab根据所建数学模型编写计算程序,在Matlab和Adams中分别做了相同的正逆运动学仿真进行对比验证。最后使用螺旋理论得到了机器人的雅克比矩阵,结合Grassmann线几何理论分析了机器人的正逆运动学奇异位形,并验证了非冗余驱动时的一种正运动学奇异位形,给出了避免奇异性发生的方法。自由度分析结果表明运载平台具有六个自由度,能够完成空间全方位运动,机器人的结构设计合理;Matlab和Adams的仿真结果一致并且正逆运动学能够相互验证,说明了所建的数学模型的正确性,为机器人的运动控制、轨迹规划提供了理论基础;奇异性分析得出了机器人的奇异位形,为避免机构奇异性的发生提供了方向,利用逆运动学奇异性实现了无功耗静止。     

高压巡线机器人清障机械臂运动学建模与分析

以D-H法为研究基础,对高压巡线机器人清障机械臂进行了运动学建模与分析,提出了一种有效的运动学正、逆解求解方法,为后续的控制编程提供可靠的变量参数.与固定式空间6R机器人相比,清障机器人既有转动关节又有平动关节,使求解难度增加.求逆解时采用了双变量反正切函数,提供了两个自变量数值,只需两次逆矩阵连乘,避免了漏解的出现.当有多解出现时,结合变量的值域加以取舍,不会影响到其他变量的求解,与几何法相比降低了计算量,并且适用于所有平面连杆机构.通过Adams建立运动学模型,进行了仿真分析,结果表明这种算法准确可靠,机械臂运行平稳.     

基于旋量理论的串联机器人逆解子问题求解算法

为了提高串联机器人逆运动学的求解效率,明确逆解的几何意义,提出基于旋量理论的逆运动学子问题求解算法.该子问题描述为“绕3个不相交轴旋转（其中2个轴线平行,且与第3个轴异面）”.以6自由度串联机器人“钱江一号”为例,通过旋量理论及指数积(POEs)方程来建立运动学模型,给出该新型逆运动学子问题的求解方法.将整体逆运动学问题分解为该类子问题和其他已知的Paden-Kahan逆运动学子问题来联合求解.通过实例验算证明,该逆运动学子问题的求解方法高效可靠,具有明显的几何意义,能够满足机器人的强实时系统控制要求.     

MOTOMAN机器人逆运动学新分析

为解决机器人逆解过程中存在解被丢失、大量矩阵逆乘、多组解的问题,提出了一种新的推导MO-TOMAN机器人逆运动学的方法.在解的推导过程中,采用双变量正切函数避免了解被丢失的可能性,回避了大量的逆矩阵相乘,简化了求解过程,大大减少了计算量,针对有多阻逆解的情况,采用"最短行程"准则,选取一组最接近于当前操作臂的解.研究成果已在深圳市元创兴科技有限公司自主研发的六自由度工业机器人中得到成功应用.实际应用结果表明本文研究的方法是正确的.     

七自由度仿人手臂双臂一体机器人协调运动学研究

双臂避碰、单臂内回避奇异及关节极限是仿人手臂双臂协调主作业实现的首要条件。由于双臂协调和单臂运动是相关且并行的,所以,提出用对单臂运动学逆解进行修正的方法来得到双臂协调运动学逆解。通过对双臂上任意臂杆避碰的分析,提出了相碰检验条件及避碰附加作业模型,并利用冗余自由度和Ｊａｃｏｂａｎ矩阵的零空间分解得到了双臂避碰附加作业闻解,最后用此逆解修正单臂运动 。本方法对空间机器人双臂手、ｎ－Ｄ．Ｏ．Ｆ臂双臂     

高集成三自由度解耦球型手腕

针对空间机器人手腕集成度低和灵活性差的问题,提出一种由相对独立运动链组成的三自由度解耦球型手腕机构,采用双万向节和双半球结构来保证腕关节的紧凑性与灵活性.分析运动传动关系和工作空间区域,完成三自由度解耦球型手腕的结构设计,推导正、逆运动学方程和雅克比矩阵,分析结构解耦和运动解耦特性,建立作业空间与关节空间的运动传递关系.构建三自由度解耦球型手腕试验平台,进行侧摆、俯仰、自转试验和末端运动轨迹验证试验.研究结果表明,解耦球型手腕运动灵活、平稳,姿态角调整范围大,轨迹跟踪准确.     

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.     

Design of a novel 3-DOF hybrid mechanical arm

Parameter optimization for a novel 3-DOF hybrid mechanical arm was presented by using a statistics method called the statistics parameters optimization method based on index atlases. Several kinematics and mechanics performance evaluation indices were proposed and discussed, according to the kinematics and mechanics analyses of the mechanical arm. Considering the assembly technique, a prototype of the 3-DOF hybrid mechanical arm was developed, which provided a basis for applications of the 3-DOF hybrid mechanical arm. The novel 3-DOF hybrid mechanical arm can be applied to the modern industrial fields requiring high stiffness, lower inertia and good technological efficiency. A novel 6-DOF hybrid humanoid mechanical arm was built, in which the present mechanical arm was connected with a spherical 3-DOF parallel manipulator.     

Micro-Scale Motion Precision Simulation Method for a New-Type 6-DOF Micro-Manipulation Robot

A new 6-DOF micro-manipulation robot based on 3-PPTTRS parallel mechanisms in combination with flexure hinges is proposed. The design principle of the mechanism is introduced, and the kinematics analysis method based on differentiation is used to get the     

六自由度外骨骼手臂设计与仿真研究

针对康复机器人在短时间内治疗效果不明显等缺点,基于三维造型软件设计了—六自由度从外骨骼手臂模型,以获得穿戴者各关节的运动数据,以便传递给主外骨骼达到控制目的。建立D-H坐标系和齐次坐标变换,并进行了正运动学分析及仿真验证,仿真结果表明,在自然状态和各动作运动过程中,该模型角加速度的最大值为1.05×10-7rad/s2,上臂质心和前臂质心之间的最大变化量为19.1mm,变化的幅度很小,各关节可以实现预定的轨迹,并完成日常生活中简单的基本动作。该模型设计合理,为机构的控制提供了运动学参数。     

Research of 6-DOF Serial-Parallel Mechanism Platform for Stability Training of Legged-Walking Robot

The concept of legged-robot stability training with a training platform is proposed and a serial-parallel mechanism platform with 6 degrees of freedom is designed for this target. The designed platform is composed of 4-DOF parallel mechanism with spherical joints and prismatic pairs, and 2-DOF serial mechanism with prismatic pairs. With this design, the platform has advantages of low platform countertop, big workspace, high carrying capacity and high stiffness. On the basis of DOF analysis and computation of space mechanism, weight supporting auxiliary mechanism and raceways-balls supporting mechanism are designed, so as to improve the stiffness of designed large platform and payload capacity of servo motors. And then the whole structure design work of the platform is done. Meanwhile, this paper derives the analytical solutions of forward kinematics, inverse kinematics and inverse dynamics. The error analysis model of position and orientation is established. And then the simulation is done in ADAMS to ensure the correctness and feasibility of this design.