基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正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,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

六足爬壁机器人的运动学建模与仿真

六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制,首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性,基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型,并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性,我们在ADMAS上建立机器人虚拟样机仿真模型,并且设计步态,使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线,以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明,基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高,能够作为多足机器人研究的基础。     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

一种仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析

基于空间几何,提出一种仿Cassie的双足机器人腿部构型的逆运动学的显式解析解,然后利用旋量理论求解正运动学,计算出其显式解析解.为了验证解的正确性,在三维建模软件SolidWorks中对机器人进行建模,并在专业多体动力学软件Adams中对机器人模型进行基于倒立摆的步态仿真,仿真结果验证了运动学求解的正确性.对仿Cassie的双足机器人腿部构型运动学分析,求解得出的正逆运动学显式解析解特别适用于机器人的实时控制系统.该运动学算法对双足机器人的运动学、动力学、轨迹规划、步态规划研究都有重要的参考意义.     

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.     

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。     

M~2SBot新型自重构机器人拓扑构型描述及运动学研究

介绍了一种新型自重构机器人系统,研究了基于旋量理论的自重构机器人正、逆运动学算法。在分析M2SBot机器人模块拓扑结构的基础上,建立描述自重构机器人拓扑构型的三元组矩阵;利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得各个模块的运动旋量并自动生成自重构机器人正运动学方程。采用遗传算法求运动学的逆解,在传统遗传算法的基础上提出了"移民"策略和局部优化的改进方案。最后,以双支链构型为例,给出了正运动学方程自动生成的具体步骤,并在MATLAB平台上进行逆运动学仿真,验证了改进遗传算法的有效性。     

基于旋量理论的一种分支型模块化机器人运动学建模研究

对机器人进行运动学建模是轨迹规划与任务控制的基础。介绍了基于旋量理论的正运动学建模方法,并基于此方法针对分支型模块化机器人进行了运动学建模。相比于D-H法,旋量方法更加直观、简洁。利用仿真实例验证了算法的正确性,结果表明,旋量理论可以有效地应用于分支型模块化机器人的运动学建模。     

基于旋量理论平板折展机构构型综合与分析

为了解决平板折展机构单元构型种类少的问题,对平板折展机构进行了构型综合,并优选出了一种机构进行运动学分析.基于对平板折展机构收拢原理的分析,运用旋量理论提出了一种平板折展单元机构的构型综合方法,综合出多种平板折展机构构型.通过分析比较优选出一种运动副全部为转动副的平板折展机构,对其构型机理及几何特征进行了分析,并基于旋量约束拓扑图计算了机构自由度.然后对其进行了运动学分析,分析了各个构件的角速度,进而推导得到了各个构件的质心线速度与质心线加速度,并进行了数值计算与仿真验证,验证了理论分析结果的正确性.研究内容可以为此类机构的设计分析与工程应用提供参考.     

三自由度永磁球形电动机运动学与动力学分析

针对在众多领域内要求执行机构必须在一定的空间内多自由度地完成某些特定的工作,研究了一种新型的多自由度执行装置三自由度永磁球形电机。以旋量理论和李群李代数做为基础,对该装置进行运动学与动力学分析,以POE指数积法求解三自由度永磁球形电机的运动学正解、逆解,综合分析各运动杆件运动学分析的结果,使用运动螺旋和指数积公式的数学工具对其进行分析,得到其速度变换的雅可比矩阵以及求取三自由度永磁球形电机运动所需的驱动力矩,基于凯恩方程和旋量理论建立三自由度永磁球形电机动力学模型。为三自由度永磁球形电机轨迹规划以及运动控制等后续研究提供了重要的理论基础。     

七自由度双臂机器人旋量理论正向运动学与工作空间分析

机器人关节空间与工作空间的关系是通过正向运动学方程建立的,正向运动学分析是实现轨迹规划和控制的关键。介绍了比D-H参数法计算简单、描述全面的旋量理论法,应用指数积公式分别对七自由度和六自由度双臂机器人的单臂进行运动学分析并建立正向运动学方程。利用ADAMS进行运动仿真,对比发现:仿真结果与通过正向运动学方程求解的数据接近,误差不超过3 mm,验证了结合旋量理论建立的正向运动学方程的正确性;利用MATLAB软件进行工作空间分析,通过工作空间云图对比,得出七自由度双臂机器人有着更大的工作空间,表明拥有肩部关节的七自由度双臂机器人具有更好的运动学性能。     

可控5R平面并联机构构型重构设计与实验研究

以可控平面5R并联机构为研究对象,结合其工程应用背景,建立了运动学模型,提出了构型变换与运动特性分析一体化全信息参数建模方法。基于自下而上的构型设计方法,建立杆副、运动支链、主构型模型及配置模型。通过变驱动布局、变参数配置方式变换出新构型,达到构型快速重构设计、简化运动学求解的目的。对驱动布局构型变换前后的输出运动轨迹跟踪对比分析,表明扩大了工作空间。设计实验装置,验证了轨迹跟踪法求解工作空间的有效性。     

可重构机器人误差旋量建模与灵敏度分析

针对可重构机器人模块结构设计制造与构型变化引起的尺寸及几何参数等静态误差,将可重构机器人静态几何参数误差等效为机器人关节上的结构误差和传动误差,并将其看成是一种假想广义运动副微小旋量运动的结果,从而建立可重构机器人含误差旋量的运动学指数积模型。基于可重构机器人输入误差与输出误差的关系,建立了误差参数灵敏度系数模型。基于MATLAB仿真分析了可重构机器人各误差参数的灵敏度系数以及误差参数对机器人末端位置的影响规律,有利于对可重构机器人轨迹精度进一步分析和优化,以及为不同精度要求的工业机器人设计与装配提供有效的理论支持。一种6自由度可重构机器人的仿真实验验证了误差旋量建模方法以及误差参数灵敏度分析方法是有效的。     

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。     

排爆机器人机械手运动规划

机械手是排爆机器人关键的部分,机器人作业主要依赖于机械手的运动.介绍了自行研制的机械手运动学构型,重点描述了机械手运动轨迹规划方法并利用Madab软件编程对机械手末端执行器进行了运动学分析,为机械手轨迹控制实现和进一步的动力学研究奠定基础.     

基于旋量理论6自由度双臂作业系统正运动学与工作空间分析

机械臂的轨迹规划和控制的前提，是进行机械臂的正运动学分析。目前，主要的分析方法为D-H参数法。提出了一种比D-H法更快捷、更简单、利于计算的旋量理论方法。通过指数积公式对双臂作业系统进行运动学建模并建立正运动学方程。运用Simpack软件对双臂作业系统进行仿真分析，通过仿真的结果和正运动学方程所求解的结果对比，验证了通过旋量理论建立的正运动学模型的正确性。利用Matlab软件进行工作空间的分析，通过工作空间云图的对比，得到双臂作业系统的工作空间。     

旋量理论概述

从力学角度对旋量的概念、基本要素和类型进行了系统阐述。从刚体力学理论导出了运动学旋量和动力学旋量的形式,重点分析旋量的力学意义。分析了旋量相对于机构学其它研究方法的优点,并介绍了旋量在机构自由度计算、机器人运动学、动力学方面的应用。对旋量理论在串、并联机器人领域的研究现状和发展趋势进行了综述。     

基于旋量理论的五自由度焊接机器人正运动学分析研究

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H法更加简化,以五自由度焊接机器人为研究对象,利用旋量理论建立五自由度焊接机器人的理论模型,通过Solidworks建立焊接机器人的虚拟样机,导入虚拟仿真软件ADAMS进行运动学分析。结果表明,ADAMS仿真能直观表达工业机器人的运动规律,同时能验证旋量理论建立的运动方程的正确性和可行性,为后续建立动力学方程、进行运动规划提供了理论基础和新方法。     

6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础,运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型,以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解,通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹,应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。