偏置式空间机械臂关节角参数化逆运动学求解

针对偏置式空间7自由度(DOF)冗余机械臂,提出了一种基于关节角参数化的运动学求解方法。根据空间机械臂的结构特点对其臂型进行了分析,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立空间机械臂坐标系。采用D-H法对空间机械臂操作空间进行了描述,在考虑运动学约束的基础上,得到了以关节角为变量的正运动学模型。通过分析逆运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解了该类机械臂逆运动学的完整解析解。在Matlab环境下,使用Matlab Robotic Tools对机械臂的初始姿态进行了仿真。通过给定的机械臂末端位姿,根据推导的逆运动学算法对空间机械臂各个关节的角度进行了求解。机器臂的运动学逆解算将作为机器臂运动规划和轨迹控制的基础。     

铸件多功能作业机器人多臂协调轨迹规划与仿真

以铸件多功能作业机器人的工作臂为研究对象,采用笛卡尔空间变量法对机器人铸件搬运过程进行轨迹规划。结合多臂协调的运动约束条件以及伪逆法,对机器人的4个工作臂关节运动进行优化,得到多机械臂协调运动的关节位置和速度变化曲线。由MATLAB软件仿真得到的运动参数曲线可知,算法优化后得到的运动轨迹均能保持连续、平滑,有利于实现对机器人的精准控制。利用机械臂正运动学方程得到了机械臂末端执行器的轨迹曲线,曲线满足铸件搬运的要求,验证了算法的正确性。     

基于快速扩展随机树的机械臂路径优化算法研究

针对传统快速扩展随机树算法在关节空间对机械臂进行路径规划难以得到机械臂笛卡尔空间下最短路径的问题,提出改进的快速扩展随机树算法(DL-RRT),在笛卡尔空间对机械臂进行路径规划,得出机械臂笛卡尔空间下的最短路径。同时采用三次样条插值算法对所得轨迹拟合优化,使机械臂末端运动轨迹连续光滑,保证机械臂平稳快速的运行,减少运动过程中的冲击。通过仿真实验显示,机械臂空间路径满足最短路径要求,同时关节运动曲线平滑,减少了机械臂工作时间,提高机械臂工作效率。     

精密并联机器人运动轨迹规划的研究

对并联机器人末端轨迹的速度和位置规划算法进行了研究.基于并联机器人的运动学逆解模型和雅克比矩阵给出了各个杆位置和速度的算法.提出了采用梯形速度曲线的方法对并联机器人的末端轨迹速度进行规划.在笛卡尔空间内提出了直线和圆弧插补算法对并联机器人的末端轨迹的位置进行规划.以末端轨迹分别为直线和圆弧时进行了速度和位置规划并进行仿真分析.仿真分析结果表明:并联机器人的各个杆的位置和速度变化曲线与末端轨迹的位置和速度规划一致且光滑连续.该方法考虑了轨迹的位置和速度控制,简单实用,仿真结果为以后该机构的运动控制提供了依据.     

基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划

针对传统机械臂的离线式笛卡尔空间轨迹规划无法解决与环境发生接触的情况，提出了一种基于导纳的机械臂实时柔顺轨迹规划方法。将机械臂笛卡尔空间轨迹规划分为了位置规划与姿态轨迹，并通过时间标度参数s(t)将二者归一化，其中以最为常见的直线运动和圆弧运动为例进行了轨迹规划说明；构建导纳控制器，并将末端六维力传感器获取到的信息代入控制器中，计算出末端位姿的调整量；在轨迹规划的基础上引入导纳控制，解决了轨迹规划无法实时感知外界环境作用力的问题；最后，搭建了机械臂实物验证实验，进行了直线运动和和圆弧运动实验。实验表明，基于导纳的实时柔顺轨迹规划方法既可以实现机械臂轨迹高精度运动，也可以主动顺从外界环境接触力，提高了系统的稳定性和安全性。     

基于深度学习的混联机械臂轨迹运动容错算法研究

针对混联机械臂轨迹控制偏差大、难度高的问题,提出一种基于深度学习的容错算法.在笛卡尔空间内基于非线性函数确定关节向量间的相关性,并改善轨迹容错纠偏的收敛性能;基于DBNs模型训练混联机械臂动态位置移动信息,在全局范围内搜索最优解;根据每个关节空间移动轨迹特征和深度学习容错机制,保证机械臂系统闭环操作的稳定性和适用性.仿...     

基于扰动观测器的冗余机械臂任务空间控制

针对冗余机械臂在任务空间中的轨迹跟踪控制精度差问题,提出了一种基于非线性扰动观测器的滑模控制算法。首先,将末端执行器位姿轨迹通过运动学逆解转换成关节空间内的关节角轨迹,降低运动学求解的计算量;其次,利用拉格朗日法获得机械臂的动力学模型,明确系统输入输出关系;进而,设计非线性扰动观测器来估计与补偿系统的集总干扰,并引入基于趋近律的滑模控制算法来加快系统状态量的收敛速度;再者,控制器的稳定性在李雅普诺夫框架下得以证明;最后,以7自由度冗余机械臂为例对该文所提方法的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明:文中控制器的控制性能要优于LADRC与SMC-LESO,能保证关节角具有较高的轨迹跟踪精度;该文方法能够较好地解决冗余机器人的运动学逆解问题,将求解精度控制在0.1mm的量级内。     

七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析

针对传统协作机械臂关节惯量大、所需驱动功率大的问题,设计了基于套索传动的七自由度机械臂。该机械臂具有诸多优势,其最大的优点就是驱动电机后置使得关节惯量小、结构紧凑。根据D-H法建立正运动学方程,在分析了机械臂结构特性的基础上,定义了机械臂运动的臂平面、参考平面以及臂型角ψ,通过给定末端位姿~0T_7和臂型角ψ求解运动学逆解。在MATLAB环境中对机械臂正、逆运动学方程进行可视化验证,验证了正、逆运动学方程的正确性。最后利用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,求得机械臂工作空间云图。     

机械臂逆运动学的带修复策略自适应差分进化求解北大核心

在保证机械臂运动学逆解位姿精度的前提下,为了减小机械臂关节角整体的运动量,提出了基于带修复策略自适应差分进化算法的逆运动学求解方法。以7自由度冗余机械臂为研究对象进行了问题剖析。以末端执行器位姿精度为约束,以关节角整体运动量最小为目标,建立了带约束的优化模型。在差分进化算法中引入了多种变异策略,并给出了多变异策略的自适应选择方法,提高了算法的优化能力。针对约束条件,设置了带伸缩因子的修复策略,使解在非可行域时能够伸缩到可行域内。经验证,带修复策略自适应差分进化算法求取的运动学逆解能够满足位姿精度约束,且减小了逆解的关节角整体运动量,验证了本文算法在机械臂逆运动学求解中的优越性。     

QY 7t型重箱转载机械臂的运动学求解与分析

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,推导了机械臂的正、逆运动学方程,列示了逆解唯一性的程序求解原理图,并结合所建立的运动学方程,验证了机械臂末端位置能够满足其作业要求。     

机器人作两圆柱相贯线运动的一种轨迹规划方法

针对作两圆柱相贯线运动的机器人提出了一种有效的轨迹规划方法；用作图法完成了空间位姿的描述，减少了因解代数方程而带来的大量计算，使位姿的描述形象、明了；利用运动学方程完成笛卡尔坐标空间与关节坐标空间的相互转换；利用变角速度实现稳定的运动效果；在比较多种插值函数的基础上，对关节变量作了多项式插值；提出了计算算法及具体情况的解决方法，并作了综合分析。     

基于ROS的机械臂运动规划研究

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树（RRT）算法和双向快速扩展随机树（RRT-Connect）算法进行对比实验,仿真证明：RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。     

基于关节位置约束的冗余机械臂协调控制误差仿真研究

针对冗余机械臂关节位置约束问题,设计了冗余机械臂关节位置控制策略,在不同条件下对机械臂运动效果进行仿真验证。建立冗余机械臂简图模型,通过雅可比矩阵推导机械臂运动方程式。分析机械臂优先级任务体系构造,比较冗余机械臂在不同优先级条件下的极限状态,引入了机械臂监控系统。设置机械臂仿真环境,采用MATLAB软件对机械臂运动进行仿真。结果表明:机械臂2个关节都违背了极限限制;监控系统在保证关节位置规避限制的同时,会导致路径跟踪误差较大。但是,路径跟随误差不会影响所需的相对末端效应器运动,能够保持末端执行器的相对运动,保证抓取对象的稳定性;证明了冗余机械臂控制器的有效性。采用该策略避免了运动过程中的机械臂关节的限制,能够实现机械臂抓取物体的路径跟踪功能。     

基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性,进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究。分析冗余自由度机械臂的机械结构,明确其结构组成及运动原理。通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度,分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量,并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程。通过机械臂的动力学方程,计算出单个关节节点的系统方程。利用角度误差构造滑模面,并在此基础上利用单个关节节点的系统方程,建立滑模控制器。为了获取滑模控制器中滑模加权因子和趋近加权因子的最优解,采用粒子群算法在解空间中对其进行全局搜索,从而得到全局最优化的滑模控制器,用于对冗余自由度机械臂的运动过程进行控制。实验中,采用此方法和干扰观测器方法对关节节点的运动过程及末端执行器的运动过程进行了控制,从控制结果可知:在控制关节节点及末端执行器运动时,此方法比干扰观测器方法的控制准确度分别提高了17.12%和13.49%,表明此方法能有效保障冗余自由度机械臂的运动准确性。     

基于双模同步预测的机械臂末端轮廓精确跟踪控制

为减小机械臂末端在进行轨迹跟踪运动时的轮廓误差,提出一种机械臂轮廓误差同步预测控制策略。该策略将操作空间轮廓误差映射到关节空间,从而定义机械臂各关节的同步行为,有效减小了末端轮廓误差,提高了机械臂各关节的运动协调性。为解决常规预测控制器不能保证系统稳定的问题,提出双模同步预测控制方法,通过在预测时域外切换到局部控制率来保证控制器的稳定性。实验结果表明:所设计的控制器能有效减小末端轮廓误差并使关节输出力矩更加平稳。     

基于关节约束的双臂机器人协调控制器研究

为提高双臂机器人运动的协调性,设计了协调控制系统,并对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真验证。创建了双臂机器人三维模型,利用相对雅克比矩阵推导机械臂末端执行器运动轨迹误差公式,设计机械臂运动协调控制器。根据层次优先的任务结构推导机械臂关节角速度方程式,设计双臂联合避免关节限制策略,通过优先级协调双臂运动。为验证关节约束条件下机械臂运动的协调性和稳定性,采用MATLAB软件对机械臂运动轨迹跟踪误差和角速度变化进行仿真,并与无关节约束条件下输出效果进行比较。结果表明：在无关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较小,但是双臂机器人运动轨迹跟踪误差较大,双臂产生的角速度峰值较大;在有关节约束条件下,单臂机器人运动轨迹误差较大,而双臂运动轨迹跟踪误差较小,双臂产生的角速度峰值较小。采用联合关节限制策略,可以提高机械臂运动的协调性,降低机械臂角速度产生的峰值,机器人运动相对稳定,效果较好。     

一种新型5轴执行机构末端定位算法

针对一种5轴执行机构末端建立二维、三维的定位模型,使之定位到给定目标点处。采用向量积方法确定关节实际旋转角度的取值范围。二维模型中,分别旋转大臂、小臂和腕部关节点,进行二维平面定位;三维模型中,分别旋转腰部、大臂、小臂和腕部关节点,进行三维空间定位。逆运动学求解时,对大臂俯仰角度进行迭代,解出所有的有效解,并用正运动学分析方法对所有解进行验算。按照执行机构运行效率最高原则,从所有有效解中计算最优解。最后,给出二维模型和三维模型最优解的各关节点运动轨迹、各关节点角度-时间关系曲线。仿真结果表明:定位精度在毫米级,能够满足定位需求。     

直角坐标机械手多轴联动路径规划研究

直角坐标机械手一般采用按步骤的单轴单向走直角运动,为了进一步提高该类机械手的定位速度,文章提出采用多轴联动的方式快速到达指定位置,利用多轴联动末端走曲线的方式取代传统的单轴单向运动。机械手的快速运行又给平稳性带来问题,通过对S曲线加减速算法的理论分析和应用研究,推导出了适合于机械手点位控制的加减速算法,以及各轴的路径规划方法,该算法的应用有效增加了系统运动的平稳性。