六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.     

三自由度转载机械臂运动学建模及逆运动学求解

针对三自由度转载机械臂各关节的运动特点建立连杆坐标系。采用D-H方法建立了以关节为变量的机械臂运动学模型。采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程;采用反变换法求取运动学的逆解。通过运用Matlab软件中Robotics Toolbox进行仿真实验,验证了三自由度机械臂运动学模型及逆解计算的正确性。     

多节双八面体变几何桁架臂逆运动学解析算法

针对多节双八面体变几何桁架臂(VGT)的逆运动学快速准确求解问题,提出逆运动学解析算法.根据双八面体VGT对称结构和镜像变换矩阵,引入不依赖于欧拉角和Denavit-Hartenberg(D-H)参数的旋转矩阵.通过建立2个辅助坐标系,将整体逆运动学问题分解为求解辅助坐标系旋转矩阵子问题和求解辅助坐标系内位置矢量子问题,给出两节双八面体VGT的逆运动学解析算法.通过分析两节VGT逆运动学的解析解,给出可以将多节臂等效为一节臂的简化运动学构型,将N节VGT臂等效为两节双八面体VGT臂.利用两节双八面体VGT臂的逆运动学算法和简化构型,可得N节臂逆运动学解.仿真验证表明,逆运动学解析算法的计算速度和精度优于雅可比矩阵法.在实际双八面体VGT机构上的测试验证了逆运动学算法的有效性.     

三自由度机械臂运动学分析与轨迹规划算法研究

为实现三自由度机械臂运动控制,采用D-H参数法建立运动学模型,运用机械臂的齐次变换矩阵,求得运动学正解;对比代数法和几何法求运动学逆解的优劣,采用一种三自由度机械臂逆运动学求解的几何法,避开多解性问题。运用Bresenham插补算法,在笛卡尔空间坐标系中对机械臂进行轨迹规划,最后通过Matlab Robotic Tool仿真分析,得到各关节的位移、速度和加速度随时间变化曲线,并验证算法的准确性。该方法可为其他多关节机器人动力学和轨迹规划等研究提供理论分析和依据。     

一种冗余机械臂构型优化方法

针对存在结构偏置7自由度机械臂的逆运动学问题，本文提出了一种选择最优关节角参数的位置级逆运动学优化算法，根据基于关节参数固定的关节角解析解，将牛顿迭代法与拉格朗日乘子法相结合，将机械臂最优构型的计算问题转化为机械臂最优标志参数的寻根问题，分别针对关节构型、关节力矩整体进行优化，求解出最优构型。该方法与速度级逆运动学算法对比，具有计算精度高、收敛速度快的优点，并且进行了对比仿真实验。结果表明：相较于速度级算法，该方法得到的逆解没有终态自运动，位姿精度高4个数量级，关节最大受力降低了13%,并且力矩优化速度更快，具有十分重要的在轨应用意义。     

6自由度装校机器人逆解的确定

为了实现对自主研发的6自由度装校机器人的精确控制,提出了一种机器人的逆解确定方法。通过D-H(Denavit-hartenberg matrix)法建立机器人各连杆的参考坐标系获得D-H参数,推导出机器人的运动学正解并采用解析法求得运动学逆解。基于作业时间最优的思想,采用在X-Y平面末端定域方法从多组逆解中确定出一组运动学逆解。运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现机器人的轨迹规划及实时控制等提供了理论基础。     

六自由度机械臂运动学分析与轨迹优化

针对机械臂运动轨迹偏差较大的问题,采用D-H法建立模型,对六自由度机械臂进行了正、逆运动学的分析,基于机械臂关节轴的典型几何结构利用PIEPER准则推导逆运动学的封闭解;在笛卡尔空间中分析了直线插补和圆弧插补两种方法,通过对空间插值点的优化减小轨迹偏差,实现轨迹优化。仿真验证了算法的可行性,对机械臂在工业中的实际应用具有一定的指导意义。     

冗余复合构型微创手术机器人定位方法研究

根据冗余复合构型微创手术机器人兼具冗余关节和被动关节的特点,提出了一种针对此类复杂多自由度机器人的定位方法。首先分析了机器人构型特点,然后利用D-H法建立了机器人运动学方程,并结合临床实际,确定冗余关节角,将运动方程进行退化,得到合理的运动学逆解和定位角。利用微型磁定位传感器进行被动关节臂实时位形测定,开发出机械臂定位界面,提示操作者进行定位和臂形设置。实验结果表明,定位方法可行,可视化效果好,适于临床操作。     

基于位姿分离的机械臂解析求逆优化算法

针对6R机械臂逆向运动学求解过程复杂繁琐、求解精度不理想的问题,提出一种基于位姿分离的解析求逆优化算法.利用改进型D-H参数法建立机械臂的运动学模型,通过连杆变换矩阵推导出机械臂的正向运动学方程,利用位姿分离思想进行逆解优化算法设计,利用蒙特卡洛法分析机械臂的工作空间,运用Matlab Robotics工具箱验证改进算法的有效性.结果表明：该改进算法具有较高的求解精度,与现有解析优化算法相比,大幅度简化了求解过程,提高了运算效率.     

随车吊机械臂运动学建模及逆运动学求解

根据随车吊机械臂各关节的运动特点,详细分析机械臂的运动学模型,采用齐次变换矩阵推导出系统的正运动学方程。针对随车吊机械臂逆运动学存在多解的问题,提出了一种基于改进收缩扩张因子的量子粒子群优化算法,并在算法中加入混沌搜索抑制"早熟"问题。仿真结果验证了机械臂逆解计算的有效性。     

Inverse Kinematics Analysis of a 7-DOF Space Manipulator for Trajectory Design

To solve the inverse kinematics problem for redundant degrees of freedom (DOFs) manipulators has been and still continues to be quite challenging in the field of robotics. Aiming at trajectory planning for a 7-DOF space manipulator system, joint rotation trajectories are obtained from predetermined motion trajectories and poses of the end effector in Cartesian space based on the proposed generalized inverse kinematics method. A minimum norm method is employed to choose the best trajectory among available trajectories. Numerical simulations with the 7-DOF manipulator show that the proposed method can achieve the planned trajectory and pose under the circumstances of minimum angular velocities. Moreover, trajectory results from the proposed kinematics model and inverse kinematics method has the advantages of simple modelling, low computation cost, easy to solve and plan trajectory conveniently. The smooth and continuous joint rotation functions obtained from the proposed method are suitable for practical engineering applications.     

新型三平移并联机构的工作空间和运动灵活度分析

文章通过位置逆解公式,描述了机构输入与输出速度关系的逆雅可比,对该并联机构作业空间和运动灵活性进行了分析,给出了一尺度参数下机构作业空间及运动灵活性的分布规律。分析表明,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性,是一种较为理想的能实现三维移动操作的并联机构选型,获得的结果可应用于该并联机构的设计之中。     

一种位姿解耦的主操作手结构设计与优化方法

为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和逆变换法,分别建立主操作手的正运动学和逆运动学模型,并从运动学角度验证了该位姿解耦策略的正确性。基于蒙特卡洛法,使用MATLAB编程,分析主操作手的最小工作空间。求解主操作手的雅可比矩阵,基于全域性能指标和全域性能波动指标定义了主操作手的综合运动性能指标,并以最小工作空间作为约束,用遗传算法对主操作手的运动性能和结构尺寸进行了分析与优化。结果表明:相比于优化前的初始设计,优化后主操作手的综合运动性能指标提高了15.32%,尤其是具备良好运动性能的工作空间体积增加到原来的3倍,已基本包含手术要求工作区域。主操作手在保证操作一致性和足够工作空间的基础上,具备了良好且稳定的运动性能。     

基于MATLAB的六轴机械臂运动学分析与验证

针对Hyundai-Hs220型六轴机械臂,采用改进D-H建模法建构机器人关节坐标系,分析并推导了正逆运动学方程,基于MATLAB平台及机器人工具箱在仿真环境下构建机器人模型,分别对正逆运动学方程进行仿真和计算,并验证了运动学方程的正确性。在关节空间内进行轨迹规划的实验,得到了各关节连续平稳的运动曲线,为后续进行轨迹规划控制奠定了理论基础。     

扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用

采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求解和实验验证.并给出了机器人关节空间的期望变量,得到了关节空间和笛卡尔空间的轨迹误差.     

三分支空间机器人的迭代运动学逆解

基于旋量理论指数积公式及空间雅可比矩阵,对三分支空间机器人逆运动学求解问题进行了研究,提出了一种通用的三分支机器人逆解迭代算法,并建立了统一的逆运动学求解模型。对于具有球腕结构的三分支机器人,给出了位姿解耦形式的简化算法。该算法较速度级控制法计算精度更高,且不依赖于机器人的构型,适合于构型不确定的模块化机器人。通过搬运物体的仿真试验,验证了算法的有效性。     

超冗余移动机械臂的逆运动学快速求解

为了快速并精确地求解一类冗余移动机械臂(MM)运动学的优化逆解,提出了一种基于遗传信
赖域算法和解析解法相结合的运动学求逆方法. 首先使用解析解法求出机械臂逆解关于移动
车运动参数的表达式,据此表达式引入关节最佳柔顺性准则确定信赖域算法的目标函数;然
后用遗传信赖域算法快速求解此只包含移动车运动参数为自变量的目标函数的最优化问题,
据此求出运动学逆解. 仿真算例表明,该方法能快速求出精确和优化的运动学逆解.     

基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解分析

充分利用Stewart并联机器人位置反解容易获得这一特性,把较难的Stewart并联机器人位置正解问题转化为一个优化问题,考虑到遗传算法的全局优化特性,提出了基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解方法. 仿真实例证明了所提方法具有很高的计算精度,彻底克服了采用数值解法求解Stewart并联机器人位置正解时,解的精度受初值影响较大的缺点.