一般6R机器人的高精度逆运动学算法研究

为解决一般6R机器人的逆运动学问题,提出一种基于符号运算和矩阵分解的高精度逆运动学算法。采用符号运算求解逆运动学方程的系数矩阵,避免了大量中间过程的浮点数计算累积误差;通过矩阵奇异值分解优化方法提高消元矩阵的秩稳定性;将一元十六次方程求根问题转化为求解矩阵的特征值和特征向量问题,并选取较高数量级的相关元素求解关节变量,最大程度地减小数值计算累积误差的影响,提高了逆运动学算法的稳定性和精度,得到具有任意期望精度的最多16组实数逆运动学解。以一般6R机器人和有误差的PUMA560类型机器人作为求解实例,实验和仿真结果证明了算法的有效性。     

同伦算法在6R机器人运动学逆解上的应用

针对一般6R机器人运动学的逆解问题,提出了一种自适应同伦算法的求解方法。利用Solid Works对机器人进行结构建模,根据D-H坐标法建立了相应的坐标系,建立机器人运动学模型后得到含六个未知变量的六个非线性运动学方程。在定点同伦和牛顿同伦的基础上,引入自适应参数构造自适应的同伦算法,避免了运动学逆解的雅可比矩阵逆阵奇异。再结合求解常微分方程初值问题的的四阶Runge-Kutta法和Matlab编程,最终得到机器人运动学逆解的全部解。该算法简单易行,计算效率高,为一般型机器人运动学逆解的研究提供了一种有效的方法。     

一般6R机器人逆运动学算法的改进

机器人几何结构不满足Pieper准则时,无法求得封闭形式的运动学逆解,这样的机器人也被称为一般机器人,其逆运动学通常采用数值解法。针对一般6自由度关节型机器人逆运动学求解,在求解过程中延用迭代思想,将第n次求解结果作为第n+1次迭代初值,满足了牛顿迭代法对迭代初值充分接近精确解的高要求。在迭代过程中使用雅克比矩阵的伪逆矩阵代替其逆矩阵,避免了机器人在奇异位形处无法求解的现象。在轨迹规划算法中,采用四元数球面线性插值的方法对起始点和终止点进行姿态插值,解决了欧拉角姿态插值法中存在的奇异性以及姿态过渡不平稳的问题。最后在MATLAB环境下进行仿真实验,结果验证了改进后的牛顿迭代法的可行性与实时性。     

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     

基于线性变换的一般5R串联机器人逆运动学分析

基于线性变换消元原理 ,提出了 5R串联机器人逆运动学分析的一般方法 :仅用 3个原始运动学方程 (传统方法用 4个方程 ) ,导出了只含 1个变元的多项式方程 ;该方法适用于一解亦适用于多解问题 ;揭示了其装配构形数目与系数矩阵内在联系 ;5R机构的装配条件对 6R串联机器人逆运动分析将具有重要意义     

基于线性变换的一般5R串联机器人逆运动学分析

基于线性变换消元原理,提出了5R串联机器人逆运动学分析的一般方法仅用3个原始运动学方程(传统方法用4个方程),导出了只含1个变元的多项式方程;该方法适用于一解亦适用于多解问题;揭示了其装配构形数目与系数矩阵内在联系;5R机构的装配条件对6R串联机器人逆运动分析将具有重要意义。     

7自由度串联机器人运动学分析

以北京某大学自行研制的7自由度串联机器人为研究对象,对其运动学正解和逆解进行分析和研究。应用旋量方法推导出该机器人的运动学正解求解方程。在运动学正解求解方程基础上,采用位姿分离方法,将7自由度串联机器人的运动学逆解问题分解为位置逆解和姿态逆解两部分,并结合几何法和最短行程原则优化计算位置逆解和姿态逆解,继而完成了该机器人的运动学逆解求解。仿真结果验证了该7自由度串联机器人运动学逆解求解方法的正确性,且证明了该方法具有运算量小和精度高等特点。     

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。     

Matlab Robotics Toolbox逆运动学数值解分析

介绍了机器人逆运动学数值解求解方法,详细分析了基于雅克比逆矩阵与雅克比转置矩阵的数值解原理,并给出在雅克比矩阵为奇异矩阵的情况下机器人运动方程的近似解。以Puma560机器人为例,对Matlab R obotics Toolbox逆运动学库函数进行验证,结果表明ikine6s函数能很好的解决六轴机器人逆运动学,具有较高的精度。     

基于矩阵分解的一般6R机器人实时高精度逆运动学算法

为解决现有的一般6R机器人实时逆运动学算法存在计算过程复杂和有增根的问题,提出一种优化的实时高精度算法。将6个基础逆运动学方程作变形处理,通过符号运算把目标矩阵从24阶降低到16阶,提高计算效率的同时消除了增根。采用矩阵特征分解方法求解关节变量,保证了算法的稳定性和精度。在VC++环境中编译和调用CLAPACK进行矩阵运算,所有计算过程采用C/C++语言和面向对象程序设计方法实现。求解实例表明,提出的算法能在平均1.37 ms内得到一般6R机器人的16组逆运动学解,并使对应的正运动学末端位姿矩阵元素精确到小数点后12位,可用于实时高精度在线控制。     

基于BP神经网络的机器人运动学逆解新算法

介绍了BP神经网络原理及算法并利用改进的BP神经网络算法对UY自由度机器人运动学反解问题进行了探讨。通过BP网络建立运动学模型,选择贝叶斯算法,采用Matlab神经网络工具箱进行编程,同时按照一定的范围要求提供样本,在试验及数值模型提供的样本数据范围内,得出模型测试精度都能满足工程要求。文章还进行了BP网络训练,并用训练好的网络来求解运动学逆问题,取得了较好的效果,为机器人运动学逆问题算法提供了新的思路,对机器人动力学问题、轨迹规划、运动控制也有一定的启发作用。     

基于ADAMS的焊接机器人逆运动学求解

为了解决机器人运动学方程中的角度耦合问题,采用D－H方法建立了机器人的正运动学方程的数学模型,以PUMA560为研究对象求解,用ADAMS软件进行了仿真,其仿真结果与正运动学方程求解结果相近。验证了正运动学方程数学模型的正确性。在此基础上,采用解析法推导了焊接机器人逆运动学方程。此方法在整个推导过程中仅使用了逆矩阵相乘,解除了角度之间的耦合,推导出了各角的求解公式。此方法可为焊接机器人轨迹规划奠定基础。     

应用基于运动螺旋的机器人正解映射求解FANUC机器人的逆运动学问题

提出了应用基于运动螺旋的开链机器人正解映射 ,求解闭链机器人 - FANU C机器人逆运动学问题的方法 ,该方法为求解一般机器人的逆运动学问题提供了参考     

Dobot型机器人运动学分析与仿真

为了获得Dobot机器人的正逆解计算公式、避免解被丢失的可能性和保证角的精度,根据该型机器人的结构特点,运用D-H法建立了机器人的坐标系和运动学方程,进行了正逆运动学的分析,将双变量反正切函数应用到了逆解的表达式中。针对逆解多解和运动平稳性问题,对笛卡尔空间中利用直线插补和调用逆解公式求出的关节角序列进行了分析研究,提出了运用动态规划算法选出一组最优解序列,再利用三次B样条插值进行了连续化处理,并进行了实例验证和Matlab软件仿真。研究结果表明,利用该算法能够选出一组最优解和保证机器人运动的平稳性,为该型机器人的应用及轨迹规划与控制器的研究打下基础,所运用的算法和思想也适用于其他类型的多关节机器人。     

Motoman-UP20机器人运动学分析及求解

采用Denavit—Hartenberg坐标变换法建立Motoman—UP20六自由度机器人运动学模型，并将机器人分解为位置结构和姿态结构，利用臂腕分离法对手臂进行逆运动学分析，并在此基础上推导出末端执行器的逆运动学算法，该算法计算量最小，误差也较小，且可利用机器人的示教盒进行快速检验。利用仿真软件Rotsy建立机器人及其工作环境，仿真证明了该方法的有效性。该算法用于对开发机器人离线编程系统具有重要的作用。     

六自由度轮式并联机器人及其构型方法

车轮是人类历史上最伟大的发明之一,在交通运输领域得到了广泛的研究与应用。将车轮这种特殊的运动副引入到传统并联机器人构型设计中,可以有效拓展并联机器人的工作空间。基于全方位轮的关联矩阵描述,将含车轮的串联支链构型综合问题转化为含车轮的关联矩阵求解问题,综合出两类含车轮的无约束串联支链,并分析了两类串联支链的受力稳定性。提出了两种六自由度轮式并联机器人新构型,分析了基于全向轮的轮式并联机器人的自由度属性,并成功研制出了一台实验样机。六自由度轮式并联机器人融合了移动机器人和传统并联机器人的优势,不仅具有移动效率高、移动范围广的优点,且具备在局部小范围内进行高精度六自由度操作的能力,可广泛应用于大型精密设备制造过程中的加工、运输、调姿和装配等工业操作。     

MOTOMAN-UPJ型机械手运动学改进算法研究

根据MOTOMAN-UPJ型机器人具体的结构特点,推导出机器人的正逆运动学公式.提出只需要一次矩阵逆乘的逆解算法.与传统方法相比,大大减少了计算运动方程逆解的计算量.针对逆解中有时有几组不是真解的问题,讨论各位置参数的取值对逆解结果的影响,明确了逆解角度求解公式,避免了可能出现的漏解的情况.应用MATLAB软件编程进行运动学模拟仿真,分别用9组和6组数据验证正解和逆解的合理性和正确性.     

符号计算在机器人运动学求解中的应用

用符号计算和析配消元法获得了6R工业机器人逆运动学的通用求解算法。由于经符号计算推导出的运动学解析解不仅求解速度快，而且对于工业机器人具有通用性，故符号计算可大大提高机器人仿真和离线编程系统运动学模块的通用性。