六自由度并联机器人的位置分析及仿真研究

为了研究驱动元件滑块的运动规律,先根据机构尺寸和位置关系建立6PTRT并联机器人空间坐标系,再利用并联机器人6根连杆长度不变的特点,推导出该并联机器人的运动学逆解,最后运用Matlab软件对并联机器人运动学逆解以及各运动参数之间的线性关系进行仿真。研究结果可为并联机器人的轨迹规划及其控制提供理论依据。     

BP神经网络求6PTRT型并联机器人正运动学精确解

采用BP神经网络,利用位置逆解结果,通过训练学习,实现操作从关节变量空间到工作变量空间的非线性映射,从而求出6PTRT型并联机器人的正运动学解.计算实例表明单用BP神经网络得到的精度并不高,所以为提高正解结果精度,引入误差补偿算法,并设计相应软件,所得数据表明,该算法计算精度高.     

6PTRT型并联机器人运动学分析

6PTRT型并联机器人具有较高的实用价值.根据6PTRT型并联机器人的自身机械特点和机构约束性建立了位置反解模型.提出利用一阶影响系数矩阵,基于位置反解方程,利用位置反解迭代的杆垂直移动距离逐次逼近真实移动距离的思路建立了位置正解模型.这种正解算法基于位置反解,所以相对简单易求.同时,用这种方法所求的解是机构在运动中可以实现的,这对于运动过程中计算机的实时控制和并联机器人的末端位姿的检测具重要的意义.     

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.     

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.     

6R模块化机器人逆解算法与误差分析

为解决6R模块化串联机器人逆运动学求解精度和效率低的问题,运用D-H法对该机器人进行建模和正运动学分析,提出了解析法+BP神经网络相结合求逆运动学的方法。在逆运动学求解过程中,采用解析法求解前三个关节角度,采用BP神经网络建立运动学逆解模型求解后三个关节角度。为解决网络训练样本数据优选问题,采用核聚类理论和随机抽取算法对后三个关节的位姿参数样本进行优选,将逆运动学问题转化为基于BP的多输入多输出预测系统。运用该逆解模型进行复杂运动轨迹仿真,结果显示该神经网络模型求逆解的精度最高可达6.8212e-8°。并将该方法与解析法+BP神经网络不同的组合模式进行预测求解对比,结果表明该求逆解组合模式不但求解精度高,而且求解简单、泛化能力强。     

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。     

基于新旋量子问题改进一类6R串联机器人逆解算法

与传统工业串联机器人相比,后三个旋转关节轴线相交于一点、而前三个旋转关节轴线均不相交的六自由度串联机器人的工作空间较为完善,然而此类6R串联机器人逆解的求解较为复杂,限制了其应用。针对其逆解问题,提出一类新的Paden-Kahan子问题类型:将一点绕两个不相交且不平行的轴线依次旋转到指定点,以及其扩展问题类型:将一点绕两个不相交且不平行的轴线依次旋转直到该点到固定第一点和固定第二点的距离均为指定大小。通过构造与该点运动轨迹相垂直的垂直平面,推导和求解了该子问题的正解和逆解,结合其他已知的子问题,简化和求解此类6R串联机器人的逆解问题,并对其逆解的条件和数目进行讨论。与传统的消元法相比,采用该方法得到的逆解的几何意义更为明确、计算量少、求解效率更高,改进了此类6R串联机器人逆解算法。通过实例计算,验证了求解方法的有效性和可行性。     

三自由度机器人手臂的运动学可视化求解研究

利用Pro/E软件建立机器人手臂模型后,再建立各个关节的坐标系,并给出机器人手臂各连杆参数、各关节变量初始值及其变化范围.运用机器人正、逆解的求解方法在VC++里做出机器人手臂正、逆解的可视化求解界面,此界面既加快了机器人正、逆解的求解速度,也为机器人的控制奠定了基础.     

基于回转变换张量法的6R机器人的运动学逆解分析

运用回转变换张量法,求解了三个腕关节轴线相交于一点的6自由度喷涂机器人的运动学逆解,并利用消元法简化了运动学逆解的求解过程,得出了较为简易的解析解。利用Matlab软件编写了机器人的逆解计算程序,并进行实例计算,不仅证明了运动学逆解的正确性,也为后续研究奠定了基础。     

GPS双目摄像机标定及空间坐标重建

为减轻双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,实现摄像机参数的精确标定,并对空间坐标进行高精度重建,提出一种GPS双目摄像机标定及空间坐标重建方法,采用GPS代替2D或3D靶标进行双目摄像机标定。将GPS的位置在视场中任意移动,由被标摄像机拍摄多组含有GPS的图像,利用空间三维坐标与图像二维坐标间的映射关系,结合摄像机成像模型和双目摄像机标定原理,标定出双目摄像机参数,并对空间坐标进行精确重建。通过空间重建坐标与GPS实际测量值之间的相对距离误差,对重建精度进行检验。实验证明,该方法能够克服双目摄像机标定过程中对高精度靶标的依赖,空间重建坐标具有较高的精度,相对距离误差从1.56%减小到0.52%。     

视觉测量系统的相机校准

提出了一种利用虚拟立体校准模板的有效相机校准技术.通过红外发光二极管按照预定路径在三坐标测量机上移动,构成精确的虚拟立体校准模板.校准过程中考虑了径向畸变和切向畸变.采用二次高斯曲面拟合,精确地提取像点的质心坐标.校准过程包括线性参数估计和基于最大似然估计的非线性校正.首先采用线性方法对部分参数进行初始估计,然后再通过基于最大似然估计的非线性最小化获得所有的参数值.该方法可精确获取图像点坐标和空间点坐标,能够实现快速、有效收敛.实验结果表明,该校准技术能够满足视觉测量系统的要求,也可以满足视觉测量系统对相机参数的特殊要求.     

基于PMAC的仿形运动控制系统的研究

提出了一种基于可编程多轴运动控制器--PMAC卡的轮廓仿形运动的实现方法,介绍了仿形运动控制系统的构建过程.主要通过机器视觉的方法,提取目标轮廓曲线的坐标信息.然后在Visual Basic 6.0的环境下开发上位机软件,通过调用动态链接库Promm32中的函数实现与PMAC卡通讯,并将目标轮廓曲线的坐标信息赋值给PMAC.最后运用PMAC样条运动模式实现目标曲线的仿形运动.     

用数值法研究油缸与摆臂干涉问题

以静止坐标系为纽带,利用矩阵工具建立了相关两动坐标系之间的变换关系,实现了从一个动坐标系——摆臂坐标系上观测另外动坐标系——油缸坐标系内任意点的运动规律.用数值法预先判定油缸外轮廓以及关键点在摆臂刚体上的运动范围,为解决摆动油缸机构运动干涉建立了一种便捷方法,并用这一方法分析了一个典型的摆动油缸机构的运动干涉.     

可倾瓦轴承的完整动力分析模型及计算方法

提出求解可倾瓦径向滑动轴承完整动力特性的解析模型和计算方法,给出可倾瓦轴承完整动力特性系数矩阵的简明表达形式.基于瓦块和轴颈间的运动耦合关系,建立瓦块局部坐标系统.与瓦块和轴颈运动相关的全局广义位移矢量可以通过简练的步骤转换为局部动坐标系下轴颈的位移矢量;利用求解固定瓦轴承动力特性的方法求得的局部动坐标系下的油膜力及其Jocabian矩阵,该油膜力矢量可以精确地转换为全局广义坐标系下的表达形式.在轴承的平衡位置处,全局坐标系下的油膜力矢量关于广义位移和广义速度的Jocabian矩阵为轴承完整动力特性系数矩阵的负值.给瓦块一个设定的扰动频率,就可以得到简化的当量动力特性系数矩阵.此解析方法求解简单方便,可用于分析可倾瓦轴承-转子系统.     

新型3-PRRS并联机构的位置正反解分析

对新型六自由度3-PRRS并联机构进行运动学分析,推导了解析形式的运动学反解,利用封闭解法研究其运动学全部正解。根据每条支链2个转动副对动平台的不同影响,通过坐标变换和引入角度变量φi,得到动平台3个铰链点坐标;以这三点之间的固定长度为约束条件,建立约束方程,得到以φi为变量的3个超越方程,通过消元法得到16次线性代数方程;利用MATLAB软件编程求解全部位置正解。应用算例对位置正反解进行了数值验证,正解结果与反解结果吻合。研究结果为应用于虚拟轴并联机床的新型3-PRRS并联机构的尺度综合、奇异位形分析、输出误差分析和轨迹控制等方面的研究奠定了基础。     

极坐标系下基于遗传算法的路径规划方法

提出了一种在极坐标环境下应用遗传算法求解机器人路径规划问题的方法 ,该方法采用简洁有效的路径染色体编码方法和快速的个体适应度计算方法 ,并对生成的初始路径点集进行提炼处理 ,以剔除其中含有的不必要拐点 ;仿真结果表明该方法可以解决大范围、多障碍环境的机器人路径规划问题     

一种新的编码方法解决路径规划问题

提出了一种在极坐标环境下应用遗传算法求解机器人路径规划问题的方法.该方法采用简洁有效的路径染色体编码方法和快速的个体适应度计算方法,并对生成的初始路径点集进行提炼处理,以剔除其中含有的不必要拐点;仿真结果表明该方法可以解决大范围、多障碍环境的机器人路径规划问题.     

六坐标位姿测量机的设计与研究

该测量机构由串联位置测量机构和并联姿态测量机构组成,具有较大的工作空间和较高的测量精度。机构中设置了一个冗余自由度和重力平衡装置,从而具有很好的灵活性。通过机构综合的方法,合理设计并联姿态测量机构,克服了并联机构正解的困难,使得姿态测量参数存在显式解,从而被测物体的六个坐标参数可以实时显示。由作图法得出机构工作空间。误差建模分析了机构的测量误差,并针对并联姿态测量机构测量误差最小作为目标函数优化了机构运动学设计参数。