神经网络在机器人运动控制中的应用研究

运动控制是人工神经网络应用于机器人控制的重要内容。本文就人工神经网络用于机器人运动学正解问题进行研究 ,通过建立机器人运动学神经网络模型 ,给出了相应的 BP算法 ,并对 2 R、3 R和 6R机器人运动学正解进行了系统的计算机仿真 ,并结合实际任务 ,在 6R焊接机器人上进行了实验验证     

6R机器人正运动学分析方法研究

6R机器人正运动学分析是指给定各关节的关节空间变量值,求解末端执行器在工作空间的位置和姿态。利用6R弧焊专用机器人的机械本体结构,在D-H坐标系和旋量理论坐标系下建立了末端执行器的运动学方程,利用MATLAB软件求解位姿矩阵;在虚拟样机软件中建立了机器人运动学模型,进行运动学仿真得到末端执行器不同状态下的位移曲线。并将三种方法所得末端执行器的位姿进行了比较,验证了这三种方法的正确性。研究结果为后续的动力学分析、轨迹规划奠定了基础。     

基于BP神经网络的机器人逆运动学新算法

以瑞典ABB公司生产的IRB140型小型工业机器人为例,对空间六自由度多关节机器人进行了运动学分析,建立了该类型机器人的运动学模型,并提出了一种基于BP神经网络改进算法的机器人逆运动学的求解方法。对IRB140型机器人的仿真研究表明,用此改进的BP神经网络算法反解机器人运动学不仅求解过程简单,学习收敛速度快,还可以避免传统反解方法中的许多棘手问题。     

基于神经网络的空间7R机器人模型辨识及其实验研究

针对空间冗余机器人建模中不确定因素的影响 ,采用神经网络辨识空间 7R机器人输入输出间的非线性关系 ,建立机器人的运动学模型。对Elman动态递归网络结构作了改进 ,提出一种状态延迟输入动态递归神经网络 ,提高了网络的学习速度。将该网络应用到机器人系统模型的辨识问题上 ,以德国PowerCubeTM模块化机器人为研究对象 ,根据机器人返回的关节位置信息及利用OPTOTRAK 30 2 0三维运动测量系统测得的机器人末端位置信息作为神经网络的学习样本 ,对包含各种影响因素的机器人运动模型进行了辨识 ,得到了满意的结果 ,说明了神经网络在此类问题中应用的优越性     

基于matlab的六自由度机器人运动特性分析

应用Denavit-Hartenberg法建立6R机器人的关节坐标系并确定杆件参数,建立机器人的正逆运动学模型,在Matlab环境下利用Monte Carlo法计算出机器人的工作空间,并用Robotics Toolbox对机器人正逆运动学进行仿真,并对工作空间及关节空间的运动轨迹进行规划,从而验证机器人结构设计的合理性。为动力学分析、离线编程、基于力反馈机器人动态控制以及机器人结构的动态设计的研究奠定必要的基础。     

基于Matlab的QJ-6R焊接机器人运动学分析及仿真

运用D-H方法建立了QJ-6R焊接机器人运动学方程,并讨论了其运动学问题.在Matlab环境下,绘出了机器人工作空间;用Robotics Toolbox对该机器人进行了仿真建模,并对正、逆运动学进行了实例仿真.通过仿真,分析了机器人的运动情况,得到了机器人在不同坐标空间的各种运动参数曲线和数据,验证了连杆参数设计的合理性和运动算法的正确性,为机器人动力学、控制和规划的研究提供了可靠的依据.     

包含复合机构的6R机器人误差补偿算法与实验研究

针对工业机器人普遍存在绝对定位精度低下而无法满足工业需要的难题,研究了基于D-H模型的包含复合机构的6R工业机器人运动学模型,建立MDH改进型位置误差补偿方法。按照ISO9283标准,利用激光跟踪仪测量机器人工作空间内的均布点,并列出运动学误差方程,采用最小二乘法辨识出连杆参数误差并对其名义值进行补偿。以川崎ZX165U型6R工业机器人为实例进行测量及误差补偿,效果显著,极大地提高了机器人的绝对定位精度,充分验证了算法的准确性。     

基于Dixon-Sylvester法的一般5R串联机器人逆运动学分析

提出了利用三角正余弦函数形式的 Dixon和 Sylvester导出方程组进行线性消元的方法 ,该方法可得到既不引进增根又不失根的一元高次方程或一元高次超越函数。用此法对 5 R串联机器人的逆运动学进行分析 ,仅用 3个原始运动学方程 (传统方法用四个方程 )导出了只含一个变元的三角正余弦方程 ;该方法给出了 5 R机器人逆解一解、多解的统一求解模式。本文所提出的方法对一般空间和平面机器人逆运动学分析具有普遍意义     

码垛机器人运动学分析

针对四自由度码垛机器人采用的四连杆机构进行结构分析,利用D-H法建立机器人运动学模型进行运动学分析,包括机器人的正运动学、逆运动学、作业空间和灵活性的分析,利用MATLAB软件进行了作业空间的仿真,并在实验室环境下对码垛样机进行了试验验证,试验结果验证了机器人作业空间和工作能力的可行性。     

一种Tripod并联机器人运动学与工作空间分析

通过对Tripod并联机器人的结构进行分析,建立单支链分析模型,利用几何分析法对机器人的运动学进行反解分析,获得运动学反解表达式。在反解分析基础上求解运动学正解解析式,并利用牛顿迭代法的数值方法计算出运动学位置正解,结合具体实例利用MATLAB软件编程来验证运动学分析的可行性。为了进一步研究机器人的工作性能,根据运动学反解对机器人的工作空间进行分析,并根据机器人雅可比矩阵探讨了机构存在的3种奇异位形,最后结合机构尺寸参数利用MATLAB软件编程绘制其工作空间图。     

基于BP网络的水轮机修复专用机器人运动学逆解分析

用Pro-E软件建立了水轮机修复专用机器人的本体模型，在此基础上，利用Matlab循环程序求出机器人在给定关节变量下的运动学正解，以此作为训练样本，通过逐次训练6输入、6输出、2个隐含层的BP神经网络，得到机器人从工作空间到关节变量空间的非线性映射，从而实现了水轮机修复专用机器人运动学逆解的计算。     

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。     

Simulation and experiments for a vision-based control of a 6R robot

In this paper, we present both the simulation and experimental results for position-based visual servoing control of a 6R robot using two stationary cameras . This method can deal with real-time changes in the relative position of the target with respect to the robot, while providing greater accuracy. In addition, the servo control structure is independent of the target pose coordinates. Direct and inverse kinematics equations, in addition to dynamic equations of the 6R robot, have been derived and simulated. Then we prescribe simulation of image processing, object recognition and pose estimation for the end effector and target-object in 3D Cartesian space and visual control of the robot. Afterwards, performance tests of 6R robot using two cameras have been implemented. Finally, experimental results obtained from actual implementation of visual control and tests of 6R robot in lab are presented. Analysis of error and test data has been carried out according to ISO9283, ANSI-RIA R15.05–2 standards and the MATLAB statistical toolbox. An efficient algorithm is designed for collision detection and contact determination between the 6R robot links and its environment during their rotation in controlling and performance tests. In this technique, bounding spheres on different parts of 6R robot are used to detect collisions among them.     

基于径向基函数网络的MOTOMAN机械手运动学逆解

从集合和数学观点 ,把运动学正解和逆解问题作为机器人关节空间和工作空间之间的非线性映射关系 ,将运动学逆解过程转换为神经网络权值训练问题。基于具有局部逼近能力的特点 ,将正解结果作为训练样本 ,用 6输入、单输出的RBF网络 ,实现了MOTOMAN机械手运动学逆解计算 ,避免了传统方法的繁琐公式推导。算例表明 ,采用RBF网络解决逆解问题比BP网络的计算精度略有提高。此外 ,RBF网络有更快的收敛速度     

一种6R非球型手腕机器人逆运动学算法研究

6R非球型手腕喷涂机器人得到了越来越广泛的应用,然而这种机器人的结构不满足Pieper准则,导致该机器人的逆运动学求解困难。对此,提出了一种近似解析法和数值迭代法相结合的6R非球型手腕机器人逆运动学组合算法。首先,根据6R非球型手腕机器人的结构特点近似转化为6R球型手腕机器人,并以等效球型手腕机器人的逆运动学解析解作为近似解,采用基于运动学雅可比矩阵的数值迭代法求解6R非球型手腕机器人的逆运动学精确解。其次,针对等效变换引起机器人有效工作空间减小,从而导致算法失败的问题进行了分析,提出了基于目标位姿偏置的方法提高逆运动学算法的鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了所提出的6R非球型手腕机器人逆运动学算法的可靠性和时实性。     

平面3R冗余度机器人进行避障规划时的混沌

通过仿真及混沌数值分析法中的相图法和最大Lyapunov指数法，以平面3R刚性冗余度机器人为研究对象，对基于分解运动控制的机器人末端重复跟踪工作空间内的封闭路径并进行避障规划时的自运动中的混沌现象进行了研究。研究表明：基于分解运动速度控制方法求解冗余度机器人运动学逆解时，其自运动是规则的周期运动，而基于分解运动加速度控制方法求解冗余度机器人运动学逆解时，其自运动是混沌的。     

基于虚拟现实的空间机器人遥操作地面实验研究

以空间机器人在轨服务为背景,建立了基于虚拟现实的机器人臂/灵巧手遥操作地面实验系统,模拟了空间机器人遥操作的情形.系统主要包括虚拟环境建模、人-机交互接口设计、机器人运动学建模和时延模拟环节.利用该遥操作系统,在模拟的地面-空间大时延（约10 s）遥操作条件下,完成了销孔装配的典型空间装配任务.验证了在结构化环境中遥操作时,虚拟现实技术克服大时延影响的有效性.     

手指康复外骨骼机器人的结构优化设计

为满足手指功能损伤患者康复的需要,设计了一种基于平面连杆机构的手指康复外骨骼机器人。通过分析仿生手指运动的自由度,建立了机器人运动学模型;以主要机械构件和手指关节转动角度为空间向量元素,求解了机器人的工作空间,在此基础上,得到各机械构件的最佳尺寸,从而完成对机械构件的结构优化设计。仿真实验表明,该机器人能带动手指在一定角度范围进行弯曲拉伸运动,可以满足手指损伤患者的康复训练需求。     

I4R并联机器人工作空间分析

工作空间是评价机器人工作性能的一项重要指标,以I4R并联机器人为研究对象,首先介绍了其机构特点,然后基于运动学逆解,运用MATLAB软件编制程序,绘制了其在定姿态下的工作空间,并分析了杆长变化对工作空间的影响,确定了最佳工作平面。所得结果为此类并联机器人的设计与应用提供了直接依据。