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     

串联冗余自由度机构关节角位置的规划算法

为了建立一种实时求解串联冗余自由度机构关节角位置的方法,解决串联冗余自由度机构逆运动学求解中角位置的求解问题,给出了逆运动学的数值解。根据加权伪逆理论,采用瞬时最优速度表达关节空间角增量的方法,研究了关节空间角位置数值解法,给出了冗余自由度机构连续跟踪期望空间姿态时的关节空间角位置计算方法。在典型运动输入条件下,分别恒定速比关节位置算法和加权逆速度积分方法获得的关节位置和姿态误差进行仿真。为验证算法有效性,以卫星天线姿态稳定系统为研究对象,仿真结果表明,恒定速比关节位置算法在运动学逆解过程中能够保证天线姿态误差Frobenius(弗罗贝尼乌斯)范数小于10~(-4)。仿真结果表明:本文提出的方法能够连续给出冗余自由度机构运动过程中的关节空间角位置的希望值,实现了逆运动学角位置层面的数值解和理想的控制精度。     

超冗余移动机械臂的逆运动学快速求解

为了快速并精确地求解一类冗余移动机械臂(MM)运动学的优化逆解,提出了一种基于遗传信
赖域算法和解析解法相结合的运动学求逆方法. 首先使用解析解法求出机械臂逆解关于移动
车运动参数的表达式,据此表达式引入关节最佳柔顺性准则确定信赖域算法的目标函数;然
后用遗传信赖域算法快速求解此只包含移动车运动参数为自变量的目标函数的最优化问题,
据此求出运动学逆解. 仿真算例表明,该方法能快速求出精确和优化的运动学逆解.     

具有连杆耦合机构的灵巧手指逆运动学

针对机器人灵巧手指末端的两个关节采用平面四连杆机构进行运动耦合时,直接求解手指的逆运动学非常困难,提出一种基于近似解的查表插值逆运动学算法:以末端两关节角度相等时的手指逆运动学封闭解作为近似解,采用查表和线性插值对近似解进行修正,从而得到手指逆运动学的精确解.该算法的计算量略大于近似算法,且具有很高的精度.     

基于加权矩阵的过驱动并联机构驱动力矩调节法

建立了一种平面三自由度过驱动并联机构的运动学方程,并基于虚功原理和等效力方法得出了其动力学模型。分析了过驱动机构动力学方程逆解问题的特点,提出用一种新的优化目标(即加权范数最小方法)来协调分配驱动力矩。将驱动器的额定输出力矩与实际工作力矩之间的差值定义为该驱动器的继容力矩,在此基础上给出了加权系数的选择准则。根据所提出的局部调节或全局调节准则来选择加权系数可以调节相应驱动器输出力矩,在一定程度上可以均衡各驱动器的继容力矩。数值计算结果表明,该方法对于防止部分驱动器输出力矩过大和保证系统稳定有一定的作用。     

一种冗余机械臂构型优化方法

针对存在结构偏置7自由度机械臂的逆运动学问题，本文提出了一种选择最优关节角参数的位置级逆运动学优化算法，根据基于关节参数固定的关节角解析解，将牛顿迭代法与拉格朗日乘子法相结合，将机械臂最优构型的计算问题转化为机械臂最优标志参数的寻根问题，分别针对关节构型、关节力矩整体进行优化，求解出最优构型。该方法与速度级逆运动学算法对比，具有计算精度高、收敛速度快的优点，并且进行了对比仿真实验。结果表明：相较于速度级算法，该方法得到的逆解没有终态自运动，位姿精度高4个数量级，关节最大受力降低了13%,并且力矩优化速度更快，具有十分重要的在轨应用意义。     

七自由度机器人逆运动学研究

本文提出了一种具有球形腕的冗余度机器人逆运动学实时解的新方法。即采用位姿分解方式，使逆运动学划分为球形腕位置和姿态两部分。与非分解方式的广义逆解相比，以ＢＵＡＡ—ＲＲ７—ＤＯＦ机器人为模型的仿真，表明了两者所产生的关节轨迹相差较小。同时本文方法保留了机器人的冗余特点，而且使复杂的逆运动学得到简化，适合于实时控制。     

基于MATLAB的6R焊接机器人运动学的仿真研究

为了更好地控制焊接机器人进行精准的焊接作业,以ABBIRB1600型焊接机器人为研究对象,利用MATLAB分析了它的正运动学、逆运动学和轨迹规划问题。基于标准D-H法对其进行建模,建立正运动学方程;在正向运动学的基础上,通过矩阵求逆的方法生成多组非线性方程并得到机器人各关节角度变量的8组解;在关节空间内对该机器人进行运动轨迹仿真,得到各关节轴的角位移、角速度和角加速度随时间变化的平滑曲线,仿真结果证明了所建立的运动学方程的正确性以及该机器人参数的合理性。为后续焊接机器人的轨迹规划研究提供了必要的理论基础和正确的运动学模型。     

六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,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.     

三自由度转载机械臂运动学建模及逆运动学求解

针对三自由度转载机械臂各关节的运动特点建立连杆坐标系。采用D-H方法建立了以关节为变量的机械臂运动学模型。采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程;采用反变换法求取运动学的逆解。通过运用Matlab软件中Robotics Toolbox进行仿真实验,验证了三自由度机械臂运动学模型及逆解计算的正确性。     

Obstacle Avoidance Method for a Redundant Manipulator Based on a Configuration Plane

This paper presents a novel approach of obstacle avoidance for redundant manipulators, which is challenging with the considerations of the building of universal kinematics, the formation of dynamics, and the generation of trajectories. A universal approach to deal with obstacle avoidance for the redundant manipulator, that is based on the configuration plane, is presented. The paper also examines common serial robot configurations and introduces a method for classification, partitioning, simplification, and forms of expression used in the workspace to define the configuration plane. This relatively new method is combined with a weighted space vector method to match the configuration plane and solve the inverse kinematics problem. The proposed planner is demonstrated with examples, in which the proposed planner is shown to be capable of providing a smoother trajectory.     

Planar Serial Manipulator Motion Synthesis

This paper deals with the universal serial manipulator on the inverse kinematics problem of plane type,the fast working space solution method,and the obstacle avoidance path planning method. With the vector projection as the main constraint condition of the target,it proposes a general form of the inverse kinematics solution which does not depend on the robot configuration of freedom degree. By identifying the target vector direction maximum and minimum workspace boundary and determining the destination vector by thick search on the workspace boundary method,an expressing method of the polar coordinate form of work space is then introduced. Finally,according to the form of plane trajectory planning for obstacle avoidance problem,the method of solving the inverse kinematics solution of the concave and convex forms of the safe obstacle avoidance area is improved. The simulation results verify that the proposed method has feasibility and generality.     

基于VRML和Java Applet的机器人三维仿真

运用VRML语言对七自由度机器人进行了几何建模 ,把仿真图形嵌入到由JavaApplet建立的用户界面中 ,建立了机器人三维仿真系统 .建立了Java和VRML的编程接口EAI,通过Java多线程实现仿真机器人各个关节的同时运动 .仿真系统可进行机器人轨迹规划、避障模拟、运动学优化等 .     

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.     

基于改进PSO算法的6R机器人逆运动学分析

对于有封闭解的6R机器人的逆运动学运算,虽然可采用解析解法、数值解法,但均需要庞大的计算量.此外,对于机械臂逆向运动学问题,经典粒子群(PSO)算法的多次仿真实验中,存在不稳定问题和易陷入局部最优与种群单一的问题.为此,提出一种改进的PSO算法:引入动态权重因子,利用动态权重调整因子结合CMA-ES算法步长更新方法,平...     

基于构型选优决策的冗余度机器人避障研究

为了使冗余度机器人在障碍物环境下更好地完成末端操作任务,首先提出了一种新的基于构型选优决策的避障策略,它在保证避障和完成末端任务的同时使机器人的综合性能指标更优,然后利用3R-2P机器人的仿真及实验研究证明了所提方法的可行性.     

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。     

冗余复合构型微创手术机器人定位方法研究

根据冗余复合构型微创手术机器人兼具冗余关节和被动关节的特点,提出了一种针对此类复杂多自由度机器人的定位方法。首先分析了机器人构型特点,然后利用D-H法建立了机器人运动学方程,并结合临床实际,确定冗余关节角,将运动方程进行退化,得到合理的运动学逆解和定位角。利用微型磁定位传感器进行被动关节臂实时位形测定,开发出机械臂定位界面,提示操作者进行定位和臂形设置。实验结果表明,定位方法可行,可视化效果好,适于临床操作。     

机械臂遥操作控制系统设计与实现

针对机械臂的遥操作控制问题,设计了一种机械臂遥操作控制系统,给出了遥操作系统结构设计和软硬件实现方案,推导了基于位姿分离算法的7自由度冗余机械臂正逆运动学模型。通过仿真试验验证了运动学求解方法的准确性,通过对机械臂实物进行遥操作实验,综合验证了遥操作系统设计的有效性。