基于旋量理论的三指机器人灵巧手逆运动学分析

为提高三指机器人灵巧手逆运动学的求解效率,提出了基于旋量理论的逆运动学新的求解算法。以Shadow三指灵巧手为例,在无法直接利用单纯的Paden-Kahan 子问题求解逆运动学的条件下,食指（无名指）的逆解采用Paden-Kahan子问题与代数解相结合的算法,拇指的逆解采用数值法与Paden-Kahan子问题相结合的算法。最后通过计算实例证明了算法的有效性和可行性。该算法在保证精度的前提下,几何意义明显,耗费时间短,效率高。     

基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法

机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型,其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解,单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人,基于旋量理论建立起机器人运动学模型,利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法,提出一种机器人运动学逆解算法,并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例,利用该算法进行运动学逆解,验证了算法的正确性。     

基于几何法和旋量理论的6自由度机器人逆解算法

针对6自由度串联机器人运动学逆解求解过程复杂、几何意义不明确的问题,提出一种基于几何法和旋量理论相结合的求解方法。基于旋量理论建立机器人的运动学模型,其运动学逆解常采用Paden-Kahan子问题加以求解,但针对前3个关节轴线均不相交的机器人,难以用现有的子问题进行求解。因此,采用一种几何解法进行前3个关节角度的求解。针对后3个关节轴线相交于一点的问题,采用Paden-Kahan子问题进行求解,最终推导出此类机器人运动学逆解的封闭解。以ABB1410机器人为例进行算法验证,验证了此算法的有效性和可行性。     

基于旋量理论的六自由度机械臂逆解算法

机器人求逆解过程中主要采用D-H参数法和旋量法来建立机器人运动学模型。D-H参数法机器人运动学分析中应用较多,但由于D-H参数法需要在每个关节处建立坐标系,因此建模过程较为繁琐。旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,建模较为方便并且几何意义更明确。基于旋量理论建立的机器人运动学模型,其逆解一般采用Paden-Kahan子问题方法进行求解。针对6R模块化机械臂,该机械臂后3个关节轴线相交于一点,基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,利用几何关系与Paden-Kahan子问题,对该机械臂进行了逆运动学求解,得到了该机械臂的解析解。利用Matlab编制运动学算法程序,验证了逆解算法的正确性。     

基于旋量和消元法结合的牛仔面料打磨机器人运动学分析

针对传统D-H法进行机器人运动学分析过程中计算复杂、奇异性等问题。采用旋量理论建立牛仔面料打磨机器人的运动学模型,应用Paden-Kahan子问题法对逆运动学进行分析时,由于轴线交点不足,子问题算法受限,所以将消元法和子问题算法相结合对逆运动学问题进行分析,关节1角度采用Paden-Kahan子问题求解,剩余关节角度采用消元法求解,完成逆运动学求解。以牛仔面料打磨机器人为研究对象,验证算法正确性。仿真结果表明:该方法运算过程简单,计算误差较低,可为机器人在牛仔面料打磨过程中的运动控制提供理论依据。     

工业机器人逆解问题的旋量解法

运用旋量方法建立工业机器人运动学模型,提出一类子问题以求解通用的逆解算法。利用仿真软件DELMIA的机器人模型库,给出一种"特殊位形法"来求解机器人连杆参数。将机器人前三个关节运动定义为一类新的子问题,即已知点绕两个平行轴线和一个与前两个轴垂直的轴线旋转至定点的问题。结合经典的Paden-Kahan子问题,推导出机器人8组逆解的解析算式。以IRB1400弧焊机器人为例,验证算法正确性。仿真结果显示算法误差在10-12数量级,耗时不到0.12 ms,能够满足机器人控制系统高精度和实时性要求。     

Paden-Kahan第二子问题扩展问题求机械臂逆运动学研究

自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，工业机械臂已成为制造业中“减人不减效”的抗疫战争中的设备关键，而运动学逆解是机械臂进行工作轨迹规划及优化工作效率的理论前提。相比Denavit-Hartenberg法，旋量理论法求解效率较高，且以得到学界业内的大量应用。但旋量理论法的逆解基础Paden-Kahan子问题，只能解决特定的自由度较低串联机构的逆解问题，具备一定局限性。这里在Paden-Kahan第二子问题的基础上，提出了其第二子问题的一种新的扩展问题，实现了对其经典问题进行补充。最后以ABB IRB2600型机器臂作为验证对象，并验证了其有效性。     

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。     

基于螺旋理论的蜗杆砂轮磨齿机空间误差建模及解耦补偿

为提点高六轴数控蜗杆砂轮磨齿机的加工精度,提出了基于螺旋理论的空间误差建模及解耦补偿方法。首先,用旋量对机床移动运动副与转动运动副进行了描述,在此基础上进行了六轴蜗杆砂轮磨齿机运动学建模及考虑41项几何误差的空间误差建模;基于Paden-Kahan子问题,对空间误差模型进行逆解,求解了各轴的补偿运动量。     

基于运动旋量的LR-Mate 100机器人的逆运动学分析

针对串联机器人逆解困难问题,提出采用运动旋量及指数积求解运动学逆解子问题的方法,求解LR-Mate100机器人的运动反解。研究表明:该方法可消除多关节耦合变量,简化求解过程,计算精度高,同时为求解LR-Mate 100机器人的运动学逆解提供了一种新方法。