基于改进人工蜂群算法的冗余机器臂逆解研究

针对具有移动关节的7自由度机械臂逆运动学求解困难的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的逆运动学求解方法。首先根据冗余机械臂的物理结构简化出几何模型,利用D-H法建立运动学模型,由坐标系变换得到正运动学的解。由于该冗余机械臂不满足Pieper准则,难以用传统方法求得封闭解;因此采用改进人工蜂群智能算法,利用位置误差与姿态误差的标准差作为目标函数,求取逆运动学的最优解,并利用Matlab编程进行仿真验证,仿真结果表明该方法准确有效,为具有移动关节的冗余机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。     

七自由度仿人机械臂正逆运动学及工作空间分析

针对传统协作机械臂关节惯量大、所需驱动功率大的问题,设计了基于套索传动的七自由度机械臂。该机械臂具有诸多优势,其最大的优点就是驱动电机后置使得关节惯量小、结构紧凑。根据D-H法建立正运动学方程,在分析了机械臂结构特性的基础上,定义了机械臂运动的臂平面、参考平面以及臂型角ψ,通过给定末端位姿~0T_7和臂型角ψ求解运动学逆解。在MATLAB环境中对机械臂正、逆运动学方程进行可视化验证,验证了正、逆运动学方程的正确性。最后利用蒙特卡洛法分析了机械臂的工作空间,求得机械臂工作空间云图。     

一种五轴冗余工业机械臂运动分析及仿真

冗余机械臂凭借广泛的运动空间、较高的灵活度等优势得到了广泛的关注,但其逆运动学求解复杂,计算量大。针对此问题,以某五轴冗余工业机械臂为例,根据D-H约定建立正运动模型,结合实际情况确定关节运动顺序,基于代数法建立逆运动求解模型,降低求解的复杂性,计算结果满足轨迹规划的要求。并基于关节空间采用五次多项式函数进行运动仿真验证,结果表明:各关节运行平稳,没有明显的突变点,满足机械臂的工作需求。     

六自由度机械臂运动学及工作空间分析

建立了一种用于危险作业条件下的六自由度机械臂模型,根据D-H方法建立了其数学模型,并进行正向运动学分析,通过计算和仿真,验证了所建运动学方程的正确性。通过采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,利用Matlab对机械臂工作域进行求解,给出了机械臂末端的工作空间点云图。通过机械臂运动过程中基座的受力分析,结果表明:末端执行器移动速度越快,基座承受的力矩越大;各个关节角速度和末端执行器移动速度对力矩曲线的平稳性影响明显,且基本成正比;在末端执行器位移方向改变处,基座所受力矩最大。     

基于MATLAB的码垛机械手运动学分析与仿真

对一种五自由度码垛机械手建模,采用改进版D-H法建立起机械手的7个连杆坐标系,通过坐标变换推导出机械手末端工具坐标系相对基座的位姿,由关节变量分离法求得逆运动学问题中5个关节角的解析式,最后使用Robotics Toolbox提供的函数在MATLAB环境下建立起机械手运动学仿真模型并进行实例仿真,指出常规的逆解验证过程存在的不足进而提出采用相应的补充验证手段的观点,验证了正、逆运动学求解的正确性,为后续分析、控制与优化提供运动学参考。     

QY 7t型重箱转载机械臂的运动学求解与分析

以QY-7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的D-H参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,推导了机械臂的正、逆运动学方程,列示了逆解唯一性的程序求解原理图,并结合所建立的运动学方程,验证了机械臂末端位置能够满足其作业要求。     

液压支架油缸内壁缺陷修复机械臂的运动学分析与仿真

针对矿用液压支架油缸内壁局部缺陷修复,设计一种能深入液压支架油缸筒内进行内壁修复的焊接机械臂。基于改进D-H参数建模方法,对设计的内表面修复焊接机械臂进行运动学建模,并求解了内表面修复焊接机械臂的正、逆运动学。借助MATLAB软件,采用蒙特卡洛法,对该焊接机械臂的有效工作空间进行了仿真分析,利用Robotics Toolbox工具箱对油缸内壁缺陷修复机械臂进行关节轨迹规划,通过仿真得到各关节的角位移、角速度、角加速度曲线。仿真结果表明：该机械臂运行平稳,轨迹连续,满足运动学要求。     

机械臂逆运动学的带修复策略自适应差分进化求解北大核心

在保证机械臂运动学逆解位姿精度的前提下,为了减小机械臂关节角整体的运动量,提出了基于带修复策略自适应差分进化算法的逆运动学求解方法。以7自由度冗余机械臂为研究对象进行了问题剖析。以末端执行器位姿精度为约束,以关节角整体运动量最小为目标,建立了带约束的优化模型。在差分进化算法中引入了多种变异策略,并给出了多变异策略的自适应选择方法,提高了算法的优化能力。针对约束条件,设置了带伸缩因子的修复策略,使解在非可行域时能够伸缩到可行域内。经验证,带修复策略自适应差分进化算法求取的运动学逆解能够满足位姿精度约束,且减小了逆解的关节角整体运动量,验证了本文算法在机械臂逆运动学求解中的优越性。     

六自由度串联机械臂运动学及其工作空间研究

根据实际生产需要设计和建立了一种用于焊接车间上下料的六自由度串联机械臂及专用末端执行器模型,针对机械臂的正运动学以及其末端执行器的可达空间进行了研究。基于D-H法对机械臂运动学数学模型进行建立并求得其正运动学方程。提出在Matlab环境下利用Robotics toolbox10.2通过代入各个关节随机参数的方法与机械臂正向运动学分析结果进行对比验证。基于机械臂末端执行器的可达空间与各个关节之间的对应关系,在Matlab中通过采用蒙特卡洛法对机械臂末端执行器的工作区域进行了分析,用描点的方式对机械臂末端执行器工作区域的点云图进行了描绘,通过对点云图的研究得出所设计机械臂结构较为合理的结论。     

基于OpenMV的五自由度机械臂控制方法研究

以五自由度机械臂为研究对象,建立D-H数学模型,探究几何法与代数法求关节角的过程,使用五次多项式插值的运动轨迹规划算法。通过建立仿真模型验证了运动学求解方法与轨迹规划算法的有效性。采用一种基于机械臂几何模型的逆运动学分析方法,设计OpenMV摄像头的图像识别与处理算法来精准定位目标物,并将目标物的位姿发送给主控系统,实现五自由度机械臂自主抓取目标物的功能。以乒乓球为抓取目标进行实验验证,结果表明：此设计能精准定位目标物,完成有效抓取,控制性能稳定、可靠。     

自动充电机械臂运动学分析与样机试验

为了解决电动汽车自动充电过程中机械臂运动的稳定性以及定位精度的问题,利用ADAMS仿真软件对所设计的机械臂进行运动学仿真;根据D-H方法建立了机械臂运动学模型,通过蒙特卡洛方法分析了该机械臂的工作空间,利用MATLAB对机械臂工作空间进行求解,得到自动充电机械臂末端工作空间点云图。根据所设计的机械臂进行样机研制,并进行机械臂样机试验。结果表明,自动充电机械臂结构可行,运动合理,能够满足自动充电工作时的功能需求。该文的研究为机械臂的优化设计与运动控制提供了参考。     

六自由度机械手的运动轨迹规划与仿真

轨迹规划是影响六自由度机械手运动学性能,保证其平稳快速完成指定任务的重要内容。文中基于D-H坐标系,建立机械手运动学模型,求解正、逆运动学方程。采用4-3-4多项式关节插值算法,对六自由度机械手进行轨迹规划。利用MATLAB对机械手进行运动学仿真,输出各关节位置、速度及加速度曲线。基于仿真结果,将4-3-4轨迹规划方法与三次多项式轨迹规划进行比较,结果表明:4-3-4多项式插值轨迹规划方法可以保证机械手平稳快速地到达期望位姿,完成指定任务。     

一种新型5轴执行机构末端定位算法

针对一种5轴执行机构末端建立二维、三维的定位模型,使之定位到给定目标点处。采用向量积方法确定关节实际旋转角度的取值范围。二维模型中,分别旋转大臂、小臂和腕部关节点,进行二维平面定位;三维模型中,分别旋转腰部、大臂、小臂和腕部关节点,进行三维空间定位。逆运动学求解时,对大臂俯仰角度进行迭代,解出所有的有效解,并用正运动学分析方法对所有解进行验算。按照执行机构运行效率最高原则,从所有有效解中计算最优解。最后,给出二维模型和三维模型最优解的各关节点运动轨迹、各关节点角度-时间关系曲线。仿真结果表明:定位精度在毫米级,能够满足定位需求。     

基于BP和RBF神经网络的机器人逆运动学算法

针对单一神经网络求逆运动学时存在求解精度不高、泛化能力差的问题,研究了工业机器人的工作空间及逆运动学求解算法。在对BP神经网络和RBF神经网络分析的基础上,提出了一种BP与RBF网络并行的7输入6输出神经网络模型。以一种协作型工业机械臂为例,首先建立其运动学模型并分析工作空间,然后求解正运动学获得数据集用于训练、验证和测试网络,最后得到符合要求的网络模型。仿真结果验证了网络的正确性,并行网络方法提高了单一神经网络的求解精度,同时求解速度优于解析法求逆运动学速度,证明了该方法的实用性。     

基于RBF神经网络的MOTOMAN-UPJ型机器人运动学逆解

利用D—H参数对MOTOMAN—UPJ型机器人建立坐标系，推导出正运动学公式。将由此得到的运动学正解作为训练样本，利用RBF神经网络的局部逼近的优点，将求解机器人运动学逆解转化为对神经网络的权值进行训练。实现了机器人从工作空间到关节空间的非线性映射。使用12输入，单输出的RBF网络，对6自由度的MOTOMAN—UPJ机器人进行了计算仿真，验证了该方法的可行性。与传统解析法相比，大大减少了求解运动方程的计算量。与BP神经网络相比，加快了收敛速度，解决了实时性差的问题。     

非标数字装备操作机运动学分析与应用

对非标数字装备操作机运动学进行了研究,以Denavit-Hartenberg法建立了非标数字装备操作机参数化运动学模型,以Paul等人提出的代数法求解操作机运动学反解,并将运动正反解编写成动态链接库函数,用户对模型的选择与输入的D-H参数作为参数传递给函数。使运动学模型与特定的操作机分离,实现了运动学模型的通用化,提高了编程效率。     

A hybrid CHAOS-PSO algorithm for dimensional synthesis of a redundant manipulator based on tracking trajectories without or with singularities

The paper presents a novel hybrid CHAOS-PSO algorithm for dimensional syntheses of redundant manipulators while not following common design principles of arm length or arm length ratio of a human in previous literatures. More specifically, we employ the clamping weighted least-norm (CWLN) method to solve inverse kinematics of the redundant manipulator tracking desired nonsingular or singular trajectories considering joint limits. Thus, an optimal solution of flexible D-H parameters of manipulator is explored in the search space based on evaluations by the defined fitness functions with the proposed algorithm. As an optimization tool in this work, the hybrid CHAOS-PSO algorithm incorporates chaos into the particle swarm optimization (PSO) algorithm as population initialization and global perturbation technique in order to enhance swarm diversity and escape from premature convergence. To demonstrate validity and practicability of the proposed algorithm compared to PSO, simulations of dimensional syntheses of a 7-degree-of-freedom (7-DOF) redundant manipulator with complex structures along the planed nonsingular or singular trajectories are performed.     

基于BP算法的六自由度并联机器人正运动学求解

利用六自由度并联机器人位置反解易于获得这一特性。把较难的六自由度并联机器人位置正解问题转化为应用位置反解结果作为训练样本进行学习，从而实现操作手从关节变量空间到工作变量空间的非线性映射，这样就能够较准确地求解并联机器人的位置和姿态。文中以Stewart型并联机器人为例，采用BP算法对其正解进行了求解，仿真结果表明该方法计算精度高，克服了数值解法的求解精度受初值影响较大的缺点。