新颖的基于梯度投影法的混合指标动态避障算法

为解决在有动态障碍物环境下的避障问题, 针对七自由度冗余机械臂提出了一种实时避障方法, 该方法将传统复杂的机械臂避障规划转化为对单根连杆进行避障引导的运动规划. 通过连杆与障碍物的位置关系划分主次危险杆件, 并对杆件进行实时的避障规划, 引导机械臂在快速避开障碍物的同时向目标点运动. 在避障完成后, 基于自运动的逆解算法, 构建了安全距离势能指标确定自运动解集中的最优位形解并进行达点运动. 结果表明：该算法在动静态环境下进行达点运动时皆能及时有效地避开障碍物, 且避障过程中平均单步迭代运算时间约25 ms, 远小于传统避障算法, 验证了算法的实时性和有效性.

     

7自由度拟人臂仿人运动的逆运动学解析解

为了求解末端位姿已知时拟人臂的仿人臂姿,以人臂运动特性为依据,针对7自由度拟人臂提出了一种新的逆运动学求解方法。该方法将人臂的末端运动转化为腕部的达点运动,利用肘部的自运动理论解耦了人臂的冗余度,并结合最小势能指标确定了自运动角。在利用末端位姿确定腕部位置的基础上,依据自运动角求解肘部位置,进而推导出拟人臂仿人运动的逆运动学解析表达式。试验和仿真结果证明了该方法解的仿人性和连续性。最后,从拟人臂的运动灵活性的角度分析了方法的失稳现象,结果表明自运动角发生突变时拟人臂奇异。该方法属于解析方法,有利于对拟人臂进行实时的仿人运动控制。     

基于肘部自运动的主从异构7自由度机械臂运动映射及其几何逆解

为了在异构遥操作系统中将主臂运动信息完整的映射到从臂,以人臂运动特性为依据,针对7自由度机器人提出了一种新的主从运动学映射方法。该方法以机器人末端位姿和自转角为基础,建立主从映射矩阵。提出关节融合策略,对因有偏置而无法汇交成肩肘腕点的机器人进行关节融合,从而形成等效肩肘腕点,并以此确定映射矩阵参数。建立参考坐标系,对遥操作过程中产生的基系漂移误差进行修正。针对肘或腕不汇交的7自由度机器人,提出了一种新的逆运动学求解方法。该方法利用几何关系求解等效肩肘腕点的位置,并依据各等效点与各关节点之间的关系求解各关节角。仿真和试验结果证明了所提出的映射方法能够使从臂按照主臂所提供的信息在等比例模型中完成运动,并且在运动过程中从臂自转角与主臂相同,完成避障任务。     

基于动作基元的人臂达点运动模式

为揭示人臂达点运动中人臂末端位置、姿态和自摆角的运动协调关系,实现机器人的深度仿人运动规划,对人臂达点运动的运动模式进行了研究。将人臂动作基元的排列与组合方式定义为人臂达点运动的运动模式,进行了3240次人臂达点运动实验数据采集与处理,分析了达点运动阶段和达点区域对运动模式的影响;提出了基于基元类型、次序变化、运动模式频率以及基元连接方式频率约束的运动模式相似度指标——复合约束相似度,并以此优选出了人臂达点运动的最优运动模式;基于这一运动模式,利用7自由度拟人机械臂复现了人臂的达点运动。