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。     

冗余度机械臂全局容错运动规划新算法

针对冗余度机械臂发生锁死故障提出一种新的算法 ,在一维寻优结果的基础上 ,快速准确地寻找到二维平面的最优位置 ;同时对三种不同意义的起始位置故障时刻的性能进行了比较。最后用平面 3R冗余度机械臂进行了计算仿真。     

冗余度机械臂的自运动流形计算及关节轨迹规划

为了求解冗余度机械臂的全部逆运动学解,以计算包含全部逆运动学解的自运动流形为目标,提出了一种新的自运动流形计算方法。该方法基于人工蜂群算法完成自运动流形各分支初值的搜索,解决了分支初值难以确定的问题,并提出了分支搜索策略,实现了完整流形分支的搜索。在此基础上,为提高自运动流形的计算效率,定义了自运动流形的全等性与渐变性并建立了流形库,通过索引流形库内的自运动流形能够快速计算工作空间任意位置的自运动流形。利用流形库对机械臂进行全局性能分析,得到了各流形分支的局部最优位形;以每条分支的局部最优位形作为初始位形进行关节轨迹规划,实现了给定末端轨迹的全局最优关节轨迹规划,并通过4R机械臂和7R机械臂验证了方法的有效性。该方法还可用于超冗余度机械臂自运动流形的计算,具有较好的通用性。     

冗余度机械臂位移级的容错轨迹规划

对冗余度机械臂的容错问题进行了研究 ,提出一种位移级上的容错轨迹规划算法 ,并将其与梯度投影法进行了仿真分析与比较。研究结果表明 ,新方法可以使机械臂更为有效地实现容错操作     

一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法

针对传统的零空间避障方法无法根据障碍物距离提前采取避障行为同时保证末端跟踪精度的问题,提出一种零空间避障的机械臂末端轨迹跟踪算法.该方法采用伪距离代替欧氏距离作为距离接近度指标解决零空间避障问题,同时设计一种自适应正定系数矩阵K和速度误差饱和函数sat(e),将实时轨迹运行结果反馈给冗余机械臂运动学反解,根据反馈结果自...     

水下机械臂运动空间分析与轨迹跟踪算法优化

针对水下机械臂动力学模型不确定和未知外界干扰问题,采用基于HJI理论的径向基函数神经网络自适应控制算法对水下机械臂进行控制。首先,以水下六自由度机械臂为例,基于D-H法则对水下机械臂的运动学进行分析,通过仿真验证该方法的正确性;接着,基于蒙特卡洛法构建水下六自由度机械臂的运动空间云图,真实反映水下机械臂的运动空间;然后,以二自由度水下机械臂为例,设计基于HJI理论的RBF神经网络自适应控制器,利用神经网络的万能逼近原理逼近不确定干扰项,考虑到神经网络逼近存在误差,将逼近误差看作外界干扰项并通过HJI理论对逼近误差在线评价,评价系统对干扰项的抑制能力,并采用自适应算法在线估计网络权值,加快系统收敛;最后,通过仿真可知,该机械臂能较好地完成轨迹跟踪。     

含约束的能耗最优冗余度机械臂轨迹规划

针对如何降低冗余度或超冗余度机械臂轨迹优化复杂度的问题,提出了一种含约束的能耗最优机械臂轨迹规划方法。基于拉格朗日动力学对冗余度机械臂进行动力学建模,并利用均匀5次B样条函数来构建运动轨迹。为了提高轨迹优化的计算效率,通过在成本函数计算中处理运动学和动力学约束,设计了新的惩罚算法,以避免在所有约束都不满足的情况下运行逆动力学模型;在运行逆动力学模型进行轨迹优化之前,引入了一种新的虚拟连杆概念来替换所有冗余连杆,以消除物理上不可能的配置;同时在3自由度冗余度机械臂上对所提方法进行了实验验证。结果表明,仿真和实测获得了相同的预期最优轨迹跟踪性能,且轨迹优化后的能耗显著降低了约56.32%,验证了所提轨迹规划优化方法的有效性。     

面向板材切割的冗余度机械臂运动规划

针对板材切割过程中冗余度机械臂的工作空间难以满足其作业需求的问题,提出一种可扩大机械臂工作空间的板材切割方案.将机械臂基座放置在导轨上,以扩大机械臂的工作空间,通过设计机械臂的末端笛卡尔速度,实现机械臂与移动基座的协调运动.利用伪逆法获得关节速度的解析解,以控制机械臂来完成板材切割任务.计算机仿真结果验证了板材切割方案的有效性和可行性.     

空间7R冗余度机械臂运动灵活性的研究

分别用条件数和可操作度两个灵活度指标对空间7R冗余度机械臂进行了运动规划,分析了基于不同指标的末端轨迹的异同.研究结果表明:就末端轨迹而言,初始点最优是一种有效的规划方法;条件数的优化能力要强于可操作度;当规划进入优化解域时,指标函数逐点最优曲线的波动会使机械臂末端产生突跳现象.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案设计

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案.首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验.仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度.     

空间4R冗余度机械臂容错空间分析

针对空间4R冗余度机械臂活动关节工作空间进行了定量研究,并且对其容错空间做了进一步探讨。首先推导出空间4R冗余度机械臂不同关节锁定时工作空间的解析表达式,并且根据表达式对工作空间进行了三维造型;然后,进一步分析了机械臂的D-H参数对工作空间的影响;最后,给出3 sigm a型机械臂容错空间的计算方法及三维造型,分析了其容错空间的影响因素。研究结果表明:当机械臂结构参数一定时,一个活动关节(关节2)在一定范围内锁定,工作空间不变,并且此锁定范围与结构参数一一对应;机械臂的臂长之和一定时,各机械臂长度越接近,机械臂的工作空间越大;机械臂关节2偏置的存在使机械臂工作空间不会出现薄壳,另一活动活动关节(关节3)的偏置的存在也可以增大工作空间;关节工作空间增大,容错空间也会相应增大。     

用于冗余度机械臂避障神经网络控制器

目前,对机械臂避障控制器研究方法有多种,经分析现有的PD控制器追踪误差较大,效果较差.对此,提出了神经网络控制器并对其运动过程中避障追踪误差进行仿真验证.构建了机械臂转动关节避障的动力学模型,在延伸的笛卡尔空间中定义了未知函数.使用多层感知器神经网络逼近方法,分析了神经元自适应控制器系统的闭环稳定性,对系统的闭环稳定性进行了证明,得到了神经参数的自适应法则.结合具体实例,将机械臂避障神经网络控制器进行仿真,结果表明,机械臂末端执行器在移动障碍物的环境下具有优良的轨迹追踪效果.     

模块化机械臂轨迹规划算法仿真研究

基于Open GL模块化机械臂三维仿真模型,阐述了竖直六自由度、悬挂六自由度以及竖直七自由度等多种模块化机械臂的运动学求解,实现了三次多项式、五次多项式、BDJP等多种插补算法,完成了在笛卡尔空间层中以直角坐标路径控制和以BDJP法实现圆弧轨迹插值控制。另外,在模块化机械臂实验平台上,针对各种运动学求解算法编写了验算程序,完成了竖直六自由度同步在线控制、悬挂六自由度指令控制走"中"字和圆等实验,证明了算法的正确性和精确性。     

穷举法求解含有约束的冗余度机械臂的最大运动路径

提出了一种求解冗余度机械手在含有保持末端姿态角度不变和末端轨迹为直线运动的约束时,可以移动的最大路径的方法。将该问题转化为数学模型,是一个含有约束的最优化问题,对计算能力有限和对实时性要求比较高的系统,采用常规的拉格朗日松弛法求解计算效率低下,不能满足实际需要。因此,采用穷举法求解该问题,并通过实际的计算验证,使用穷举法可以很快求解出该问题的最优值。     

冗余度机械臂零初始关节速度的运动规划方案研究

对一种基于伪逆的冗余度机械臂的运动规划方案进行研究。首先,根据机械臂结构和末端运动规划问题,建立速度层的运动学伪逆算法求解模型。其次,通过在关节速度上加约束,可实现关节速度从零开始平滑变化,并能快速趋近其最小范数解。再次,利用了位置误差补偿方法改善了运动学方程,有效消除或减小机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差,保证轨迹跟踪的精度。最后,利用MATLAB软件对平面四连杆机械臂跟踪圆形和螺旋线曲线轨迹进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案具有指数收敛性质,运动误差能达到较高的精度等级。     

运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法

运动助力机械臂的轨迹跟踪控制是实现高精度工作的关键。由于运动助力机械臂参数存在的不确定性等因素,导致运动助力机械臂轨迹跟踪误差较高,为此,提出了运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正方法。分析运动助力机械臂空间位置和变换关系,根据运动助力机械臂关节与连杆之间的空间坐标矩阵变换过程,构建齐次坐标变换矩阵,获取机械臂末端执行器的空间位姿矩阵。通过定义机械臂轨迹的相关性特征集,得到机械臂轨迹跟踪误差的校正指标。基于置信概率计算,确定机械臂轨迹跟踪误差校正的约束范围,构建约束参量分析模型。采用遗传算法的原理,求解运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正参数,实现运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正。实验结果表明,所提方法的运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正效果较好,能够有效提高运动助力机械臂轨迹跟踪误差校正精度。     

冗余机械臂的逆运动求解及轨迹规划

为解决冗余机械臂在逆运动学求解中出现多重解的问题,以Jaco2的7DOF-S通用机械臂为对象,提出了一种结合解析法与基于坐标变换的几何解法的逆运动算法.根据机械臂的几何结构,推导出中间转角的唯一解,并以此映射解算得到其余关节转角;经过Matlab Robotic Toolbox与Simu?link模块验证,表明该算法的...     

冗余机械臂运动奇异性分析

作为冗余机械臂结构设计和控制算法设计的理论基础,本文对机械臂的运动奇异性问题进行了分析。引入了冗余机械臂零运动微分动力系统的概念,根据非线性奇异性理论,研究了冗余机械臂奇异状态的局部拓扑性质及可回避性,提出了一种冗余机械臂系统奇异状态类型及可回避性的新方法,其结果适用于任意冗余的机械臂系统。