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。     

一种冗余自由度机械臂逆运动学解析算法

针对7自由度机械臂逆运动学求解问题,在考虑了空间构型的复杂性和冗余自由度机械臂自运动流形的基础上,提出了一种逆运动学的位置解析算法,即参照"自由度模块化"的概念,进而将仿人机械臂的7自由度划分为两个4自由度的模块化单元。通过控制自由度模块化单元,将复杂的空间构型转化为平面构型,减少了计算的复杂性;同时基于"锚点"和"虚拟连杆"的概念,实现冗余自由度机械臂的位姿参数化,从而实现了机械臂逆运动学快速求解。     

位姿水平的冗余自由度机械臂运动学逆解算法

本文通过分析七自由度机械臂构造特点,用曲面几何理论得到肘关节在笛卡尔空间中的点集,参考各关节角运动范围,可以求出冗余自由度机械臂逆运动学的全部构型解,从而可以方便地实现实现机械臂的全局优化。此方法既提高了解的精度,又减少了运算量,同时为速度解的解算提供了便利条件和新的思路。     

7自由度机械臂的运动学逆解与优化

采用位姿分离的方法求出了7自由度冗余机械臂运动学逆解的解析解,并以减少最大关节位移为优化目标提出了冗余角的确定方法,即“冗余角差分”算法。首先选取合适的关节作为冗余关节,通过给定冗余角的微小增鼍,求出其他关节角增量随冗余关节角增量变化的近似线性关系;然后采用线性规划的方法求取最优的冗余角增骨,以减小机械臂捅补时的最大关节位移,从而减少插补时间和动作幅度,提高机械臂的作业效率。     

冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法

冗余仿人臂有无穷多组逆运动学解满足末端位姿要求,但由于其连杆机构与形状的设计仿人臂每个自由度都有关节位置物理约束。为使所求取的逆运动学解最大化地远离仿人臂关节限位,提出冗余仿人臂(8-DOF)一种几何-数值迭代相结合求解逆运动学问题方法,该方法在计算出仿人臂逆运动学解几何表达式基础上,以仿人臂的“远离限位度”指标构建适应度函数并以此为寻优目标,通过粒子群优化方法(Particle swarm optimization,PSO)搜索冗余关节角最优组合,并获得满足仿人臂末端位姿要求的最优逆运动学解。该方法不仅解决了冗余仿人臂逆运动学多解问题,而且所求关节角不存在理论误差、求解速度快及所求关节角远离关节位置限位裕量大的优点,仿真试验验证了该方法有效性。     

仿人7自由度机械臂位置层面轨迹规划研究

仿人7自由度机械臂作为一种特殊结构的冗余自由度机器人,具有更好的运动学性能.为了简化仿人机械臂轨迹规划的计算量,从仿人机械臂的逆运动算法入手,讨论了位置层面的仿人机械臂逆运动计算方法,并在轨迹规划中采用定时插补和定距插补的方法,通过位置层面逆解中加入机器人运动的速度和加速度等信息,实现了在位置层面上对仿人7自由度机器人关节空间的全方位运动规划.     

基于改进PYR型全方位关节的7自由度仿人手臂设计

在总结７自由度仿人手臂机器人设计与研制经验的基础上,针对ＰＹＲ关节刚度对机器人精度影响,以及关节结构优化设计问题,提出用实现关节力封闭的刚度保证器提高关节刚度,通过改进齿轮结构实现进一步小型化。从而实现ＰＹＲ型全方位关节高刚度、小型化设计。基于该关节给出７自由度仿人手臂机器人设计。     

一种液压机械臂逆运动学求解的新算法

由于液压驱动机械臂与电机驱动的不同,在其逆运动学求解上也存在差别,针对本文涉及的液压机械臂的逆运动学问题,提出一种几何法和代数法相结合的新算法。首先应用几何法,确定第一个关节的值,再运用代数找出与第五个关节、第六个关节角度的关系,求解,最后通过几何法变化关系,求出其余各个关节角。通过Matlab、ADAMS软件仿真验证了算法的正确性。提出的算法直观、简洁、实用性强,并且适合大多数液压机械臂逆解的求解。     

改进混沌麻雀搜索算法及其在冗余机械臂逆运动学求解中的应用

针对冗余机械臂不满足Pieper准则,无法获得逆运动学封闭解的问题,提出一种自适应混沌麻雀搜索算法（ACSSA）。首先,利用佳点集均匀分布特性生成初始化种群;其次,引入自适应动态权重,用于平衡全局和局部搜索能力,提高种群多样性,改善陷入局部最优的问题;最后,引入高斯变异,加强局部搜索能力,同时产生Tent混沌序列,防止陷入局部最优。将ACSSA应用到冗余机械臂逆向运动学求解中,分别对空间点到点运动和空间连续轨迹跟踪两种工况进行仿真,并与CSSA和SSA进行对比。结果表明：在第一种工况下,ACSSA在收敛精度上提高了2个数量级,在算法稳定性上比CSSA、SSA分别高出2、3个数量级;第二种工况下,在计算值与理论值的绝对误差精度和稳定性这两个评定指标上,ACSSA较CSSA提高了1个数量级,较SSA提高了6个数量级。充分说明了ACSSA具有精度高、收敛速度快的特性。     

一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何法

针对五自由度机械臂自由度不足而导致的基于笛卡尔空间轨迹规划产生的目标末端位姿,可能不存在运动学逆解的情况,提出了一种基于自由度约束的末端位姿描述,并根据该位姿描述得出了一种五自由度机械臂逆运动学求解的几何方法。该方法基于机械臂模型的几何特性,通过将轨迹规划和运动学逆解2个阶段进行一定程度的结合,确保了轨迹规划得到的目标末端位姿的运动学逆解的存在性。通过仿真实验分析,证明了该方法的可行性与精确性。     

基于几何学的臂部相邻三关节轴线平行的6自由度机械臂逆运动学算法研究

提出了一种针对肩、肘和腕3个相邻回转关节轴线始终平行的6自由度串联机械臂逆运动学问题求解方法。该方法能够在求解的第一步利用结构约束下的机械臂腕、手与末端三者的空间几何关系,确定目标末端位姿对应的腕部空间位置;从而将一个描述机械臂末端位姿和机械臂6个关节角度关系的六元方程组求解问题,转化成为分别描述机械臂腕部位置与机械臂肩、腕部共3个关节角度之间关系,以及描述机械臂末端姿态与剩余机械臂腕部3个关节角度之间关系的两个三元方程组求解问题,显著降低了6自由度机械臂逆运动学问题的求解复杂度。以UR3机械臂为试验对象,试验结果表明,该算法能够根据机械臂末端姿态求解其各关节角度,与采用UR3配套控制算法相比,采用该算法的UR3机械臂末端线性定位精度达到毫米级、角度定位精度达到1°。     

机械臂逆运动学算法推导与实验研究

针对求解机器人操作臂逆运动学问题,在D-H方法基础上,针对所设计的排爆机械臂的机械结构,提出一种简化实用的机械臂解析运动学模型,通过该运动学模型求取逆运动学方程,从而实现在控制系统中的实时计算.最后,进行机器人手臂抓取的仿真实验及把该算法模型应用于机器人的轨迹规划系统实物抓取实验.实验表明,采用该解析运动学模型能实现对目标物体的准确抓取.     

基于自运动的7-DOF机械臂逆运动学研究

针对一种7自由度典型机械臂构型的逆运动学问题,根据机构特点和自运动性质提出一种解析算法。首先对该冗余机械臂的自运动性质进行分析,其为平面四杆运动。采用冗余角对自运动进行描述,并分析机械臂末端位置和杆长对自运动的运动形式和冗余角变化范围的影响。然后基于自运动特性,将冗余角作为一个约束条件,结合位姿分离法,求出该机械臂的逆运动学解析算法。最后通过数值算例进行验证。该方法针对某一特定位姿求出所有的理论逆解。相对于传统的数值解法,该方法不存在理论误差,相邻位姿点相互独立,不存在误差积累。     

混合变异克隆选择算法及其在机械臂逆运动学问题中的应用

为改善克隆选择算法(CSA)在解决复杂优化问题时收敛质量不高的不足,提出一种基于混合变异的改进克隆选择算法(HMCSA),并将该算法用于解决冗余机械臂的逆运动学问题。改进算法采用了混合差分变异与克隆选择进化的两级混合协同搜索模式,有效平衡了算法的全局探索与局部开发,从而较好地克服了基本克隆选择算法容易陷入局部极值而早熟收敛的现象。通过抗体成功搜索经验的动态实时共享,加速了算法的收敛速度以及提升了算法的收敛精度。此外,与对比算法相比,HMCSA算法具有需要设置参数更少的优点,便于算法的应用推广。通过经典的基准测试函数优化问题验证了HMCSA算法的有效性;在冗余机械臂运动学逆解的优化求解中,HMCSA算法同样获得了较好的优化效果,为解决机器人的逆运动学问题提供了新思路。     

基于改进粒子群优化算法的冗余机械臂逆运动学求解

以末端执行器的位姿误差最小为优化目标,将机器人的逆运动学问题转换为一个等效的最优化问题,并利用提出的改进粒子群优化算法对该问题进行求解.该算法从粒子群的初始化、惯性权重调整策略、差分变异进化及搜索空间的越界处理等多方面对标准粒子群优化算法进行综合改进,同时构建了以粒子群进化和差分变异进化为基础的两阶段混合协同进化机制,...     

一种7自由度机械假肢运动学研究

介绍了7自由度假肢结构,并针对传统的将7自由度手臂退化为6自由度手臂的逆运动学求解方式进行改进,提出了利用摇摆角(swivel angle)的优化方式,使手臂在抓取时更加拟人自然.     

基于脊线自修正的蛇形机械臂逆运动学求解

绳索驱动的蛇形机械臂具有超冗余的运动特性,提高了自身的灵活性及避障能力。但由于机械臂存在大量的自由度,这使得其逆运动学求解变得非常复杂,导致难以实现实时运动规划。因此,文中提出了一种新型的蛇形机械臂逆运动学求解方法,通过优化脊线及关节角度求解,实现了机械臂高效和实时的运动规划。首先,搭建了蛇形机械臂运动学模型,建立了蛇形机械臂关节空间与工作空间的映射关系;之后,提出了基于多种群蚁群优化的参考脊线求解策略,并设计了移位修正法确定多任务点脊线的空间构型,减少了脊线复杂求解的计算。此外,通过考虑拟合信息和关节约束,设计了一种结合并行趋近式规则的关节优化调整方法,推导出了蛇形机械臂的关节角度,实现了关节的连续性变化。结果表明：所提出的逆运动学求解方法可以有效降低计算复杂度,保证关节角度的有效性和连续性,以及末端位姿信息的精确性。     

小型仿人机器人逆运动学分析及步态规划

基于机器人学的理论基础,在对小型仿人机器人几何机构和行走特点进行分析的基础上,加入了机构的约束条件,讨论了这些约束条件的来源,并用“滑移杆”化简方法进行了逆运动学变换,得到了逆运动学方程的反解。在此基础上实现对机器人步态规划,并且进行了验证。