基于旋量理论的六自由度机械臂逆解算法

机器人求逆解过程中主要采用D-H参数法和旋量法来建立机器人运动学模型。D-H参数法机器人运动学分析中应用较多,但由于D-H参数法需要在每个关节处建立坐标系,因此建模过程较为繁琐。旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,建模较为方便并且几何意义更明确。基于旋量理论建立的机器人运动学模型,其逆解一般采用Paden-Kahan子问题方法进行求解。针对6R模块化机械臂,该机械臂后3个关节轴线相交于一点,基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,利用几何关系与Paden-Kahan子问题,对该机械臂进行了逆运动学求解,得到了该机械臂的解析解。利用Matlab编制运动学算法程序,验证了逆解算法的正确性。     

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。     

基于旋量的模块化机器人运动学分析及仿真

主要研究了不依赖于构型的旋量运动学自动建模方法。基于模块库搭建出不同自由度的模块化机器人,通过此旋量运动方法可对每种构型使用公式进行正运动学分析,使用迭代算法进行逆运动学分析。在进行用户界面编程、轨迹规划和仿真后,以其中一种构型进行验证,得到了运动位姿、末端轨迹和各关节参数与时间的关系曲线,证明了这种方法的通用性和准确性。     

具有冗余度的三分支空间机器人逆运动学分析

为了给运动学优化、动力学优化与容错控制提供理论基础,利用旋量理论对具有冗余度的三分支空间机器人进行了逆运动学分析,并建立了统一的逆运动学模型。对于各分支具有球腕的三分支空间机器人,基于腕关节的封闭解,给出了简化的逆运动学模型。最后以每个分支有5个旋转关节的三分支空间机器人为例进行了计算机仿真,仿真结果证实了所提逆运动学模型的正确性。     

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。     

旋量理论与矢量积法相结合求解雅可比矩阵

雅可比矩阵是描述机器人特征的重要参数之一。基于旋量理论和矢量积法,本文提出了求解雅可比矩阵的改进方法。该方法继承了旋量理论用于机器人操作的优越性,避免了采用传统DH参数法来建立局部坐标系,简化了机器人运动学、动力学的分析方法。本文针对一种三分支机器人进行了计算机仿真,结果证实了所提方法的正确性与实用性。     

基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法

机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型,其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解,单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人,基于旋量理论建立起机器人运动学模型,利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法,提出一种机器人运动学逆解算法,并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例,利用该算法进行运动学逆解,验证了算法的正确性。     

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。     

一种可重构模块化机器人系统的运动学研究

介绍了一种可重构模块化机器人系统,进行了基于指数积法的模块化机器人的运动学研究。采用装配映射矩阵描述模块装配的拓扑结构信息。利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得了各个关节的旋量坐标并自动生成了基于全局指数积法的机器人运动学正解模型。通过对旋量坐标的伴随矩阵变换获得了机器人的空间雅克比矩阵,进而采用速度变换的方法得到了夹爪坐标系相对于空间坐标系的雅克比矩阵。采用Newton-Raphson迭代方法,利用雅克比矩阵的广义逆实现了运动学逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。     

基于旋量理论的四足机器人运动学分析

在调研分析当前足式机器人的研究进展的基础上,提出一种基于旋量理论的四足机器人运动学建模方法.运用旋量理论建立其运动学模型,建立各个关节的速度螺旋后根据罗德里格斯公式推导出该四足机器人的正运动学显式解析解,运用空间几何方法推导出该四足机器人的逆运动学显式解析解.最后运用专业多体动力学仿真软件Adams对所设计的四足机器人进行运动学仿真分析,验证了运动学理论推导的正确性及改四足机器人设计的合理性.提出四足机器人运动学算法的显式解析解,特别适用于对四足机器人控制有实时性要求的应用场景,为足式机器人的实时控制打下坚实的算法基础.该四足机器人运动学算法对后续的四足机器人甚至足式机器人的动力学、轨迹规划、步态规划研究都具有重要的参考意义.     

基于旋量理论的四足机器人运动学分析

在调研分析当前足式机器人的研究进展的基础上,提出一种基于旋量理论的四足机器人运动学建模方法.运用旋量理论建立其运动学模型,建立各个关节的速度螺旋后根据罗德里格斯公式推导出该四足机器人的正运动学显式解析解,运用空间几何方法推导出该四足机器人的逆运动学显式解析解.最后运用专业多体动力学仿真软件Adams对所设计的四足机器人进行运动学仿真分析,验证了运动学理论推导的正确性及改四足机器人设计的合理性.提出四足机器人运动学算法的显式解析解,特别适用于对四足机器人控制有实时性要求的应用场景,为足式机器人的实时控制打下坚实的算法基础.该四足机器人运动学算法对后续的四足机器人甚至足式机器人的动力学、轨迹规划、步态规划研究都具有重要的参考意义.     

旋量理论和消元法在类达芬奇手术机器人逆运动学求解中的应用

由于达芬奇手术机器人构型特殊,不满足逆运动学解析解的存在条件,传统的运动学建模方法无法求出机器人逆运动学解析解.针对一种类达芬奇手术机器人构型,提出了一种结合旋量理论和消元法相结合的全新运动学建模方法,运用该方法成功求解出类达芬奇手术机器人的逆运动学解析解,解决了类达芬奇手术机器人精确解析解的求解问题.并通过MATLAB/Simulink仿真验证了该方法的正确性,从而丰富了机器人运动学建模和逆运动学解析解的求解理论,为类达芬奇手术机器人提供了一种快速通用的精确解析解求解方法.     

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.     

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。     

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。     

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。     

弹药装填机器人正向运动学分析

针对D-H参数法求解RPRRP型弹药装填机器人正向运动学过程复杂、效率低的问题,提出了基于POE法的弹药装填机器人正向运动学求解方法。建立了弹药装填机器人的机构模型和旋量参数,计算了各关节的运动旋量,采用POE法进行正向运动学求解。采用D-H参数法进行运动学仿真,得到了不同关节输入下的弹药装填机器人的位姿变换,通过结果对比验证了POE法求解弹药装填机器人正向运动学的正确性,分析了POE法相对于D-H参数法的优越性,探讨了POE法与D-H参数法的内在联系,并在此基础上得到了求解旋量坐标的新方法。