双臂机器人机构力方向可操作性研究

在单臂机器人机构力可操作椭球和力方向可操作度的基础上，定义了双臂机器人机构力和力矩方向可操作度，以力方向可操作度为目标函数，给出了最佳传力方向和最佳传力操作位形的优化方法，结果显示双臂机构的传力性能优于单臂机构。     

基于速度方向可操作度的双臂机器人轨迹规划

在双臂机器人速度可操作度椭球的基础上,定义双臂机器人速度方向可操作度,以速度方向可操作度为性能指标,给出了双臂协调运动关节轨迹规划,理论及算例仿真分析结果表明了规划方法的可行性.     

双臂机器人机构速度和力方向可操作度研究

在机构速度、力可操作椭球基础上，定义了双臂机器人机构速度和力方向可操作度，以方向可操作度为目标函数，给出了机构最佳传速、最佳传力方向和最佳操作位形的优化方法，结果显示双臂机构的传力性能优于单臂机构。     

一类新的冗余度机器人关节运动优化方法

针对冗余度机器人机构的关节运动优化进行研究.在机器人力可操作椭球及方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人力方向可操作度,以力方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节运动优化的一种新方法.与基于伪逆的优化结果比较,本文优化使得机器人力方向可操作度达到期望值的时间明显减少,在给定方向上力的传递性能得到改善,且能避免奇异.     

基于各向同性指标的双臂机器人轨迹规划

在对机器人进行位形优化和轨迹规划时,往往需要考虑机器人的各向同性,而经典的条件数指标不能表示成关节转角的解析式,这限制了其在轨迹规划上的应用。为了改善双臂机器人协调操作物体在运动过程中的各向同性,提出了双臂机器人各向同性指标,该指标在功能上类似于条件数,但可以解析表达,所以基于该指标的轨迹可使双臂机器人在运动过程中具有较好的各向同性。经过对该指标的表达式分析和轨迹规划仿真实验研究,结果表明该指标还具有使机器人远离奇异位形并适当增加任务方向的可操作度值的功能。     

体能训练机器人操作臂交互轨迹规划方法

体能训练机器人操作臂的力方向可操作度直接影响着运动轨迹规划精度。基于此,研究了体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划方法,分析体能训练机器人操作臂的力方向可操作度,利用多维支持向量机代替高斯混合模型,在李雅普洛夫第二方法的基础上确定稳定性约束条件,构建基于支持向量机的轨迹规划模型,实现体能训练机器人操作臂交互动态轨迹规划。实验结果表明,所提方法的角位移更小、噪声识别值和超参数更高,验证了所提方法轨迹规划弹性规划能力较好且轨迹规划精度较高。     

仿袋鼠跳跃机器人运动和力传递性能研究

在仿袋鼠机器人机构模型的基础上,建立了跳跃过程着地阶段的运动学方程;通过关节空间与操作空间速度的变换关系,定义仿袋鼠机器人跳跃运动速度和力方向可操作度;以速度和力方向可操作度为性能指标,度量仿袋鼠跳跃机器人在操作空间中的运动和力传递性能,解释了袋鼠起跳瞬间小腿与地面垂直是为了保证有足够的运动和力传递的灵活性。     

基于速度方向可操作度的冗余机器人关节轨迹优化

针对冗余度机器人机构的关节轨迹优化进行研究.在机器人速度可操作椭球和方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人速度方向可操作度,以速度方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节轨迹优化的一种新的方法.与伪逆优化结果比较,本文优化方法使得机器人速度方向可操作度达到期望值的时间明显减少,在给定方向上的传速性能得到显著改善.     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

3-CU^并联机构运动和力传递性能分析

以空间三自由度平移3-CU^并联机器人机构为研究对象,基于速度雅克比矩阵,定义速度和力方向的可操作度,度量机构在给定位形条件下沿不同方位速度和力的传递性能;以雅克比矩阵条件数,度量机构在给定位形条件下速度和力传递的各向同性。研究表明,速度和力方向可操作度可直观度量机构沿不同方位的传速传力性能,同时可方便地确定最佳传速传力方位;传速性能最优的方位,传力性能最差,动平台沿垂直方位运动时传速性能优于传力性能,沿水平方位运动时传力性能优于传速性能;各向同性分析表明,当机构沿轴方位运动时,各向同性优于其他方位,改变定长支链的长度影响各项同性指标的变化,动平台外接圆半径变化对机构各项同性无影响。研究结论对3-CU^并联机器人运动规划具有明确的物理意义。     

基于形状变化的冗余机械手可操作性分析

受冗余机械手的可操作性理论和可操作性椭圆的启发,提出形状变化可操作性理论和形状变化可操作性椭圆。可操作性表示了冗余机械手在形状给定的前提下,它的每一个关节产生速度的性能;形状变化可操作性表示了当冗余机械手的手臂末端被给定任务时,其余中间关节产生速度的性能,即是形状变化性能,手臂末端执行给定的任务,如轨道追踪,因此不具备形状变化可操作性。对可操作性椭圆和形状变化可操作性椭圆进行比较和分析。通过对七关节机械手在二维平面内的轨道追踪和障碍物回避的实例分析、以及对三维空间内的不同姿势(即不同形状)下的七关节机械手所对应的不同形状变化可操作性椭圆的比较分析,能够认识到形状变化可操作性理论的提出对于评估和设计冗余机械手的结构和形状有着重要的实际意义。     

Trajectory planning of redundant manipulator using fuzzy clustering method

The solution of inverse kinematics and trajectory planning with performance criteria for a redundant manipulator is proposed with modification in fuzzy c-means. A new fuzzy clustering model based on a new generalized validity index based on weighted within-scatter metrics and between-cluster scatter metrics for the manipulator is proposed. In order to understand the proposed algorithm and to show its performance, two simulation studies of trajectory planning with manipulability criteria for a redundant manipulator are modeled to solve the problems of finding association rules in the data and of setting up an appropriate classification procedures. The problem of redundant manipulator (which is a multi-input, multi-output nonlinear system) is new in terms of solution by clustering method. The proposed algorithm for the trajectory planning of the manipulator is simulated using Matlab®. All practical steps, from data acquisition to model validation, are illustrated using a 4 degree of freedom robot manipulator. The simulated results are compared with the numerical methods of the trajectory planning. The results are presented graphically. The proposed method has the advantage of simplicity, flexibility, and good tracking performance.     

机器人运动学和动力学的几何表示及其应用

应用现代微分几何的方法，分别将二自由度机器人的轨迹弧长和动能定义为黎曼度量指标。对黎曼曲面上的测地线和黎曼曲率进行了定量分析，利用曲面上的测地线和黎曼曲率的几何性质，提出基于测地线的最优轨迹规划方法和基于黎曼曲率的工作空间优化方法，并以平面2R机器人为例进行了实例计算。     

基于方向可操作度的机器人灵巧手抓持优化研究

以三指灵巧手的速度可操作性椭球和力可操作性椭球研究为基础,定义了机构的速度方向可操作度和力方向可操作度。在给定灵巧手操作位姿的条件下,以方向可操作度为目标函数,给出了灵巧手最佳传速方向和传力方向的优化方法。最后,以三指灵巧手为算例进行演示,得出了灵巧手在给定位姿下的最佳传速方向和传力方向,为灵巧手的抓持规划提供了值得借鉴的方法。     

基于黑板模型的排球机器人动作规划

基于黑板模型设计了排球机器人动作规划框架,并将动作规划中的各个子任务定义为智能体。由黑板激活相应的智能体进行子任务求解,从而完成排球机器人的击球动作规划问题。此外,考虑到排球任务的特点,以机械臂的可操作度作为评价函数,选取最优的机械臂构形。最后,采用MatlabSimulink对平面3连杆机械臂的击球问题进行了仿真研究,得到满足可操作度指标下的最优击球动作。该仿真的实现过程体现了基于黑板模型及多智能体技术的思想。     

冗余度机械臂关节运动和末端运动的同步容错规划

给出了可操作度这一运动灵活性指标新的物理解释,在此基础上进一步分析了退化可操作度这一容错性能指标的物理含义,由此得到了反映容错空间和实际操作度大小的臂长和转角这两种新的容错性能指标;利用它们对平面3R机械臂进行了关节运动和末端运动同步容错规划的仿真研究。研究结果表明,转角指标的最大化有利于避免发生故障时刻的退化机械臂出现奇异位形;而臂长指标有利于避免该退化机械臂在故障发生后的运动中出现奇异位形。     

一种新型并联机器人的奇异性与工作空间研究

针对一种六棱锥式新型并联机器人的轨迹规划问题,基于具有反解选取准则的机构逆运动学方程,对奇异性和工作空间进行深入研究。由雅可比矩阵提出机构奇异判别方程,并引入可操作度性能指标进行奇异性分析。考虑运动副范围以及连杆干涉等约束条件,采用三维边界搜索法,给出机构在定姿态下工作空间的三维可视化描述。进行边界采样实验,实验结果表明了仿真的正确性。研究结果可为无奇异轨迹规划提供理论依据。     

用于桥梁检测的冗余度机器人设计及避障能力分析

针对桥梁检测设备的现状,提出一种新的具有冗余自由度的桥梁检测机器人方案,以实现检测摄像机在桥底的定位。对所提出的桥梁检测机器人进行了构型设计和运动学分析,利用可操作椭球和避障操作椭球的概念对其可操作度和避障能力进行了评估及仿真,以等高线图的形式直观地表示了机构主要参数对机器人可操作度及避障能力的影响,为机器人机构参数优化以及避障路径规划提供了依据。     

合作机器人轨迹规划及实验研究

为实现合作机器人(Cobot)的虚拟轨迹控制,提出了基于操作力的轨迹规划方法;根据操作力、期望轨迹和Cobot末端当前位置,对Cobot进行了轨迹规划,建立了Cobot的轨迹规划模型,并对Cobot跟踪直线和圆弧轨迹进行了实验研究。结果表明,基于操作力的轨迹规划方法能在人机合作的条件下使Cobot跟踪期望轨迹,且操作力的大小不影响Cobot的运动轨迹,Cobot的运动速度随着操作力的增加而增大,符合人机合作要求。基于操作力的轨迹规划模型可应用于外科手术、物料搬运和零件装配的人机合作机器人中。