表面改性冗余机器人关节空间的轨迹优化算法

针对表面改性冗余机器人末端轨迹优化过程中关节空间运动稳定性不足的问题,提出一种以适应度函数为基础的关节空间轨迹优化算法。从表面改性冗余机器人逆解流形中选取一系列点,在机器人关节空间进行含抛物线的直线拟合,然后选取拟合曲线上的点,通过运动学正解得到末端运动轨迹,然后和表面改性曲面上的期望轨迹进行对比,以实际轨迹与期望轨迹之间的误差建立适应度函数,利用遗传算法对轨迹规划中的参数寻求最优关节逆解,从而保证关节空间的运动平稳性。最后以飞机进气道曲面为例进行仿真验证了所用方法的合理性。     

手术机器人高阶多项式插值的轨迹规划

为保证运动的平稳性,要求手术机器人关节空间的位移、速度光滑连续,为此提出了基于高阶多项式插值的轨迹规划方法。根据手术要求,在机器人末端的笛卡尔空间中规划出轨迹。选取轨迹上若干个路径点,运用运动学逆解求出关节空间中的若干个型值点。通过对相邻型值点进行高阶多项式插值,得到关节空间连续光滑的位移函数;对位移函数求导可以得到各关节连续光滑的速度函数。利用MATLAB进行仿真,得出每个关节的连续光滑的角度、速度曲线,精度很高。表明该方法完全可行,能够满足机器人平稳性的要求。     

基于MATLAB的PUMA560机器人正逆解研究

通过对满足pieper准则的PUMA560机器人分析,建立其D-H参数正向运动数学模型,并求出机器人正向运动学解。在正向运动学的基础上,利用矩阵求逆的方法生成12组非线性方程,并利用代数法求解该方程,获得机器人各关节角度变量的8组解。基于实际工况对逆解进行选取使机器人的运转性能达到最优。机器人的正逆解为轨迹规划研究奠定了基础,对于提高机器人的使用寿命、避障能力和工作稳定性有着重要的意义。     

基于时间最优的机械臂关节空间轨迹规划算法

为了提高机械臂的作业效率和运动平稳性,提出了一种新的基于时间最优的轨迹规划算法。通过逆运动学求出与任务轨迹对应的关节位置序列,利用三次样条插值进行轨迹规划,从而使关节角速度、角加速度曲线光滑连续。通过自适应遗传算法对运动轨迹进行时间最短优化,并利用罚函数解决运动学约束问题。仿真结果表明该轨迹规划算法有效、可行,能够很好得减少机械臂完成工作任务所需的运动时间。     

三维空间关节型冗余度机器人的运动遗传规划

对关节型机器人的运动特点进行了分析,并建立了该类机构的运动模型。采用层次化的结构来表达问题,运用遗传规划算法的基本原理,求解机器人的角位移和规划机器人的运动路径,为三维空间的冗余度机器人运动学逆解的优化设计提供了一种行之有效的方法。     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

基于改进粒子群算法的六自由度工业机器人轨迹规划

针对工件打磨工况,设计建立用于打磨的机器人运动学模型,规划机器人运动学轨迹,通过改进粒子群算法优化轨迹曲线,减少机器人运行时间,提高机器人工作效率。首先建立打磨工业机器人空间运动学模型,计算目标点从笛卡尔空间转换到关节空间的逆解,在关节空间中利用“三次-五次-三次”三段多项式曲线对所求逆解进行轨迹规划,以轨迹运动时间最短作为优化目标。利用融合免疫操作的改进粒子群算法对轨迹曲线进行优化,将改进算法的优化结果与传统粒子群算法进行对比;改进后的新算法改善了粒子群算法易陷入局部最优的问题,适应度结果更好,算法效果更佳。     

KR16-2焊接机器人逆运动学求解与路径规划

随着焊接机器人应用日益广泛,焊接机器人的运动位姿精度和路径规划成为研究的热点,对机器人逆运动学求解成为解决这一问题的关键。针对如何提高焊接机器人逆运动学求解的精度和效率问题,以KR16-2焊接机器人为例,提出了一种图解法和代数法相结合进行求解的方法,利用图解法求解其前3个轴的关节角,利用代数法求解其后3个轴的关节角。最后,运用该方法对KR16-2机器人进行复杂路径规划仿真,仿真表明该方法是可行的、有效的。     

一种实用的六自由度机械臂逆运动学解算与验证

本文提出了一种实用的六自由度机械臂逆运动学求解方法;该方法利用平面几何法先求解出前三个关节轴转过的角度,然后通过反变换法求得后三个关节轴转过的角度。最后,根据机械臂每个关节轴的运动范围,按照节能的原则筛选出最优解;利用Matlab仿真平台的Robotics Toolbox机器人工具箱进行仿真和验证逆运动学求解算法的正确性;仿真结果表明该方法大大简化了机械臂逆运动学的求解过程,提高了逆运动解的求解速度。     

ABB1410工业机器人的旋量运动学逆解方法

为了高效可靠实现工业机器人逆运动学求解,针对常见6自由度工业机器人"后3关节轴线相交,关节2、3轴线平行且与关节1轴线异面垂直"的结构特点,以ABB1410机器人为对象,建立旋量运动学模型,将几何关系法与PadenKahan子问题相结合,提出了一种运动学逆解方法。该方法首先利用机器人腕部点和前3关节轴线之间的几何关系求解关节角1,再将后5个关节角的求解转化为3个Panden-Kahan子问题1和1个子问题2,完整地给出了逆运动学封闭解。通过实验验证了该逆解算法的准确性和实用性。     

基于MATLAB-Robotics工具箱的工业机器人轨迹规划及仿真研究

对Cincinnati T3-746工业机器人的运动学轨迹规划进行了分析与仿真。通过实验对该工业机器人的三关节的关节轨迹进行了三次多项式插值运算。利用MATLAB-Robotics工具箱对该工业机器人进行了建模,实现了对工作空间内任意直线、圆弧轨迹拟合插值运算。通过运动学正反解的计算,得到了实时的关节空间坐标的数值解。为该工业机器人进一步的研究和应用提供了理论分析依据。     

基于约束关系的服务机器人双臂协同运动控制研究

为了提高家居服务机器人在双臂协同运动作业时的准确性和安全性,提出了一种基于约束关系的双臂协同运动控制算法。通过对机器人双臂坐标系模型的建立以及运动学正逆解的分析,结合双臂运动中位置、姿态及各关节速度之间的约束关系,实现了机器人较精确的双臂协同运动。本算法已经成功应用于所研究的家居服务机器人,实验结果表明,算法具有精确度高、实时性好的特点。     

工业机器人沿轨迹考虑奇异的运动反解

基于简化雅可比矩阵表示的微小运动增量关系式给出了工业机器人沿轨迹运动反解的计算公式。由于只需求解一个3阶线性方程组,大大简化了计算。采用奇异值分解来求解方程,通过在微小运动允许范围内给出方程的齐次解和适当地改变手部运动,很好地解决了奇异时关节运动的求解问题。既消除了关节运动的突变,又在一定程度上控制了手部运动的偏离。最后对一个运动反解中无解析显式解的工业机器人给出了计算结果。     

双足机器人腿部新构型设计与试验研究

探究高动态性能双足机器人对腿部设计的要求,阐明机器人腿部设计准则、设计方案和实现措施。提出一种腿部串并联新构型方案,膝关节驱动器上移到髋关节,踝关节驱动器上移到膝关节,膝关节驱动器通过简化五连杆机构将运动传递到膝部,踝关节驱动器通过并联四连杆机构将运动传递到踝部。对踝关节并联机构和整个腿部关节进行运动学正逆解,建立新构型机器人的仿真模型。考虑运动控制算法,完成机器人动力学仿真。测试准直驱驱动器性能,并完成串并联构型腿部样机试验验证,机器人可实现0.4m/s的行走速度。结果表明,提出的腿部串并联新构型与传统串联构型比具有更高的运动性能,新构型机器人性能在真机测试中得到验证。该串并联新构型方案在双足机器人和其它服务机器人领域具有广阔的应用前景。     

四自由度喷涂机器人的运动学分析

通过讨论一种喷涂机器人的运动学建模的问题,利用Paul等人提出的代数解法对其各关节角和喷枪之间的关系进行了计算,得出了简化的运动学逆解的代数解,并在此基础上对机器人结构进行分析,给出了在插补过程中选择最优的逆解的方法.     

基于运动捕捉下的7R机械臂的实时控制

针对7自由度机械臂的冗余度导致机械臂反解的复杂性引起的延迟性控制问题,提出一种新的人机交互的控制方式。设计一种将Optitrack运动捕捉系统与Robai7R机械臂数据间无隙链接、传输的方法,在Win7系统下,利用 Microsoft Visual Studio的成员VC来建立相应的服务器与客户端,通过数据处理算法使不同系统数据之间相互转化并实时传输;与传统的机械臂逆运动学求解的方法相比,采用一种综合的方法,将运动捕捉系统中不同人臂位置信息反解为机械臂关节角,并得出解析解,减小了控制系统的运算量,实现机械臂的实时控制,实时满足试验者与Robai7R机械臂的同步运动;通过人机同步连续达点运动及远程抓取试验,验证了该方法的有效性,取得了满意的效果。     

工业机器人连续轨迹位置规划算法的研究

提出了一种工业机器人连续轨迹位置规划算法。此方法基于笛卡儿空间定时插补算法,包含四个方面内容:特征点提取、曲线拟合、通过位置插补和姿态插补确定插补点及利用逆运动学方程求出各关节转角。此方法可应用于各种工业机器人连续精确的路径规划。     

基于标定和关节空间插值的工业机器人轨迹误差补偿

轨迹精度是工业机器人重要的动态性能,目前工业机器人的轨迹精度远低于定位精度,提出一种基于机器人运动学标定和关节空间插值误差补偿的方法来提高机器人轨迹精度。基于MD-H方法建立机器人的运动学模型,在此基础上运用机器人微分运动学理论建立末端位置误差模型和轨迹误差模型。为克服最小二乘法等传统方法在数据噪声较大且不符合高斯分布时收敛慢甚至发散的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的机器人运动学参数辨识方法,实现运动学参数辨识的快速收敛。经过分析发现机器人误差在关节空间具有连续性的特点,为此提出一种关节空间插值误差补偿方法,建立网格形式的误差补偿数据库,并利用关节空间距离权重函数和已知的网格顶点误差计算各控制点的关节转角误差。通过试验对所提出的参数辨识和关节空间误差补偿方法进行了验证,试验结果表明：经过运动学参数辨识和补偿后机器人的绝对定位精度由1.039 mm提高到0.226 mm,轨迹精度由2.532 mm提高到1.873 mm,应用关节空间插值误差补偿后机器人的轨迹精度进一步提高到1.464 mm。     

关节速度约束下六轴机械臂空间运动轨迹规划方法

六轴机械臂在空间运动时,极易因速度和加速度突变导致运动轨迹出现随机波动,无法做连续性的运动。基于此,提出一种关节速度约束下机械臂空间运动轨迹规划方法。从运动学正解和逆解2个方面对机械臂建模,利用上关节D-H法分析同一位姿下,基座与末端执行器间的总变换过程。将不同的关节转角组合,辅助后续最优轨迹规划。利用三次和五次多项式插值构建末端执行器的插值函数,以执行器在不同坐标下关节角度为参考变量,求得角度、角速度和角加速度的值,完成运动轨迹规划。仿真实验表明,所提方法的运动轨迹可保证机器人平稳运行,连续性得到提高,从起始点至终止点整个过程中都没有出现明显震动情况。