正运动学

摘要： 机械手臂作为机器人实现抓取任务的主要执行机构,其合理化结构设计、运动学模型构建及可达空间问题一直是研究热点。基于机械手臂构型特点,采用改进的D-H法创建了机械手臂正运动学模型,通过齐次坐标变换推导出末端机械手的位置矩阵,并通过理论计算与仿真结果对比验证了所建模型的准确性;利用蒙特卡洛法对末端机械手工作空间进行模拟,得到末端机械手工作空间点云图及工作边界;利用convhull凸包函数处理边界点云,生成一个较为准确的包络空间进而计算该工作空间体积大小;在此基础上,进一步分析得到机械手臂结构参数对其工作空间体积的影响规律,为后续机械手臂结构参数优化、运动控制和轨迹规划等提供了参考。

摘要： 为了实现Open-Manipulator机械臂目标抓取的运动控制,首先采用改进的D-H参数法构建机械臂运动学模型,然后利用机械臂结构坐标系之间的齐次变换矩阵,求得了正运动学和逆运动学解。最后利用Matlab下的Robotics Toolbox工具包进行仿真,在机械臂的关节空间坐标系采用七阶样条曲线算法进行轨迹规划,得出了各个关节的角度、角速度和角加速度的拟合曲线。结果表明,机械臂抓取作业轨迹平滑,各个关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,能够满足实际应用需求,为机械臂的目标抓取运动规划提供了相应的支持。

摘要： 目的 为了实现异形热电池组的智能化装配和解决装配过程中存在装配精度不高的问题,设计了一种装配机器人,并仿真验证该机器人是否能够满足异形热电池组的装配精度需求。方法 采用改进D-H参数法构建运动学模型,通过正运动学分析机器人末端轨迹。采用改进DE算法进行逆运动学求解,并通过仿真实验分析运动学求解结果。结果 求得平均位置误差为1.4×10^(–4) mm,平均姿态误差为2.4×10^(–4)度,平均解迭代次数为219.857,各构件最大角速度不应超过3.5 rad/s。结论 设计的装配机器人能够满足异形热电池组装配精度要求,运动学求解精度提高2个数量级,效率提高72.5%。

摘要： 提出了一种用于插铣加工的四自由度机器人设计方案,建立了机器人的三维结构模型;采用改进的D-H参数建立了机器人的运动学模型,求出了机器人运动学的正解和逆解;基于运动学模型,借助Matlab工具箱建立了机器人的仿真模型;用蒙特卡洛法求出了机器人末端刀具的可达空间,在给定机器人初末位置的条件下,对机器人进行轨迹规划,并与螺旋桨桨叶曲面轮廓进行对比;结果表明,机器人末端刀具的工作空间与大型螺旋桨桨叶曲面轮廓相吻合,轨迹规划合理,满足实际加工要求。

摘要： 目的:结合康复训练与生活辅助机械臂设计需求与特征,提高机械臂工作空间及其运动性能,本文提出1种9-DOF上肢康复训练与生活辅助机器人。方法:提出1种由7-DOF工作臂和2-DOF悬臂组成的9-DOF机械臂构型;建立机械臂的运动学模型,分别构建机械臂在康复模式和生活辅助模式下的工作空间;通过在Adams中对机械臂的康复训练模式以及生活辅助模式的运动进行仿真试验,验证机械臂关节的工作性能。结果:该机械臂在康复模式下工作空间与人体上肢运动空间相重合,符合康复训练需求;在生活辅助模式下,2-DOF悬臂可扩大工作臂的活动范围并且实现工作臂的左右手互换。仿真结果表明,机械臂在运动过程中关节运动平稳,无突变情况发生。结论:该上肢康复机器人设计合理,能够分别满足康复训练生活辅助模式下的工作空间需求,具有良好的运动稳定性,可用于上肢功能障碍患者的康复训练和日常生活辅助。

摘要： 为了提高单球机器人的姿态控制和运动控制的能力,本文在构建单球机器人机械结构的基础上,设计了一种基于模糊比例-积分-微分(PID)控制算法的线性二次型最优控制方法的控制器,应用于机器人自平衡姿态解算和运动轨迹跟踪控制.为了提高单球机器人姿态控制的实时性、准确性和可靠性,将复杂的运动学模型简化成二维倒立摆运动学模型,并利用正运动学和逆运动学建立机器人全向轮与球移动函数,确立拉格朗日动力学模型.最后对机器人的姿态平衡和运动轨迹跟踪进行仿真.仿真结果表明:具有优化控制器的球平衡机器人在姿态控制和运动控制中,具有响应速度快、抗干扰能力强等优点.

摘要： 对旋转机器人的机械手臂进行奇异位形分析。首先,运用D-H参数方法构建与该机械手臂对应的坐标系图,并建立相应的运动学模型,进而求得其正运动方程;然后,根据机械臂正运动方程构造与之对应的雅可比矩阵,之后对机械臂进行分析,从而求出该机械手臂所有可能出现奇异状态的情形;最后,运用MATLAB ROBOT TOOLBOX对机械手臂的奇异情形进行仿真及验证。分析结果表明,主要存在3种奇异位形,以及3种奇异情形之间的组合情况,不仅预判出所有可能会发生奇异位形的情况,也验证了前期奇异位形求解结果的正确性,为后期机械臂运动路线规划,以及实现对奇异点的规避奠定了基础。

摘要： 以并联机构为研究对象,针对求解正运动学时神经网络法易陷入局部最优及Newton-Raphson法对迭代初值敏感的问题,提出了一种融合PSO-BPNN(Back propagation neural network,BPNN)和Newton-Raphson法的正运动学通用求解算法。建立了并联机构逆运动学方程,得到驱动杆值,以此为训练样本,利用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)优化BPNN(PSO-BPNN)模型获得位置正解,再以PSO-BPNN的正解值作为Newton-Raphson法的迭代初值对并联机构正运动学问题进行求解。为验证算法的有效性和通用性,给出了3-PCR、3-PPR两种并联机构的算例仿真。结果表明,由于迭代初值选取与目标值相差较大,导致Newton-Raphson法无法收敛;相比于PSO-BPNN算法,PSO-BPNN和Newton-Raphson法相结合得到的绝对误差最少降低了99.68%和99.96%,迭代次数更少;该方法既克服了神经网络法局部收敛性差的缺点,又避免了初值选取对Newton-Raphson法求解精度的影响,具有较好的通用性。

摘要： 为解决电力系统中的信通机房巡检问题,该文设计了一种基于六自由度机械臂的自动巡检机器人.采用D-H法构建了机器人的正向运动模型,采用牛顿迭代法进行了逆运动学求解,并用MATLAB进行了正逆向运动学的仿真,为机器人的位置控制提供了理论支持.基于蒙特卡洛法进行了工作空间的求解,提出了一种基于三次插值法的巡检机器人末端路径规划方法,以实现末端的平稳运动.搭建了巡检机器人实验系统对所提出的运动学模型以及路径规划算法进行验证,实验结果表明机器人的空间定位精度在1 cm以内,且末端能够实现平稳运动.

摘要： 以埃夫特机械臂为研究对象,求解其正运动学解.结合实际生产中存在机械臂动作路线有障碍物的特殊情况,需要重新规划线路绕过障碍物达到目标点.首先分析了关节空间和笛卡尔空间两种不同轨迹规划方法,两者均达不到目标要求,最后采用最小二乘法拟合三维空间路径点的曲线,让机械臂沿着拟合曲线成功绕过障碍物.仿真结果表明,其各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线光滑连续,无拐点、间断性变化,保证机械臂稳定平顺的运作,避免了突变引发的冲击震荡,降低机械性损伤,有效地提高机械臂的稳定性能和使用寿命.

摘要： 本文是第四届全国研究生数学建模参赛作品。随着科学的发展，机器人的研制取得长足的进步，它的应用已经渗入到各行各业，而机器人手臂的路径规划问题和机器人的性能息息相关。本文以一个六自由度的机械臂为例分析了机械臂的运动学问题，其中运用了运动学正问题与逆问题的知识求解了机械臂末端指尖的坐标与各关节偏转角度的对应关系，求解了机械臂指尖丛初始位置到达目标位置的指令序列，建立模型并计算出结果，本文对机械臂的运动学模型的建立有实际参考价值。

摘要： 本文是第四届全国研究生数学建模参赛作品。随着科学的发展，机器人的研制取得长足的进步，它的应用已经渗入到各行各业，而机器人手臂的路径规划问题和机器人的性能息息相关。本文以一个六自由度的机械臂为例分析了机械臂的运动学问题，其中运用了运动学正问题与逆问题的知识求解了机械臂末端指尖的坐标与各关节偏转角度的对应关系，求解了机械臂指尖丛初始位置到达目标位置的指令序列，建立模型并计算出结果，本文对机械臂的运动学模型的建立有实际参考价值。

摘要： 本文是第四届全国研究生数学建模参赛作品。随着科学的发展，机器人的研制取得长足的进步，它的应用已经渗入到各行各业，而机器人手臂的路径规划问题和机器人的性能息息相关。本文以一个六自由度的机械臂为例分析了机械臂的运动学问题，其中运用了运动学正问题与逆问题的知识求解了机械臂末端指尖的坐标与各关节偏转角度的对应关系，求解了机械臂指尖丛初始位置到达目标位置的指令序列，建立模型并计算出结果，本文对机械臂的运动学模型的建立有实际参考价值。

摘要： 本文是第四届全国研究生数学建模参赛作品。随着科学的发展，机器人的研制取得长足的进步，它的应用已经渗入到各行各业，而机器人手臂的路径规划问题和机器人的性能息息相关。本文以一个六自由度的机械臂为例分析了机械臂的运动学问题，其中运用了运动学正问题与逆问题的知识求解了机械臂末端指尖的坐标与各关节偏转角度的对应关系，求解了机械臂指尖丛初始位置到达目标位置的指令序列，建立模型并计算出结果，本文对机械臂的运动学模型的建立有实际参考价值。

摘要： 本文是第四届全国研究生数学建模参赛作品。随着科学的发展，机器人的研制取得长足的进步，它的应用已经渗入到各行各业，而机器人手臂的路径规划问题和机器人的性能息息相关。本文以一个六自由度的机械臂为例分析了机械臂的运动学问题，其中运用了运动学正问题与逆问题的知识求解了机械臂末端指尖的坐标与各关节偏转角度的对应关系，求解了机械臂指尖丛初始位置到达目标位置的指令序列，建立模型并计算出结果，本文对机械臂的运动学模型的建立有实际参考价值。

摘要： 本申请公开了一种基于滑轮运动学的索并联机器人运动学标定方法，方法包括：考虑滑轮运动学条件下的索并联机器人逆运动学建模；考虑滑轮运动学条件下的误差模型建模；利用绳索长度残差函数建立未知参数辨识方程式；求解考虑滑轮运动学条件下的辨识矩阵；根据辨识矩阵条件数指标结合交换点法进行标定测量位姿优选；控制机器人终端依次运动到各测量位姿进行测量；根据测得的数据代入辨识方程进行辨识参数的求解；利用求解获得的参数值更新机器人运动学模型。由此，该方法可以将索并联机器人出索位置的滑轮机构考虑在内，可获得更为完整精确的索并联机器人运动学模型及几何参数，提高标定后的索并联机器人终端位置控制精度。

摘要： 多关节连杆机构具有被驱动源驱动的驱动关节、以及伴随着驱动关节的动作而从动地动作的从动关节。首先，从多关节连杆机构选出使工件的位置、姿态变化的开环连杆机构。导出构成选定的开环连杆机构的各关节的移动量、旋转量。将导出的开环连杆机构的各关节的移动量、旋转量设为固定值，导出由开环连杆机构的关节的至少一部分以及未选定的关节构成的闭环连杆机构的各关节的移动量、旋转量。

摘要： 本发明公开了一种多自由度悬架K＆C特性试验台，主要包括支撑系统，加载系统，测量系统，运动平台系统和控制系统，所述的支撑系统支撑待测车辆和加载系统，加载系统中的六个电动缸驱动运动平台系统，实现运动平台系统的六自由度运动；加载系统中的左右墩滑动连接在运动平台系统的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统测量待测车辆车轮的位移和受力；控制系统采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对待测车辆进行加载。本发明采用了独特的多自由度加载形式，可以实现测试过程完全模拟真实路面的侧倾角和纵倾角；经过少量改装即可进行整车或零部件的转动惯量测量；本发明结构简单，测量范围广，具有较好的应用前景。

摘要： 本发明公开了一种具有线性正逆运动学方程的3‑CRU并联机器人运动控制方法，包括以下步骤：S1、基于拉格朗日方程建立3‑CRU并联机器人的动力学模型；S2、基于五次多项式改进的傅里叶级数和最小二乘法对动力学模型的参数进行辨识；S3、基于有限脉冲响应滤波器生成3‑CRU并联机器人的轨迹；S4、在原有线性伺服控制的基础上增加前馈力矩和滑模变结构控制力矩进行补偿。本发明提出的运动控制方法科学合理，在提高3‑CRU并联机器人的运行平稳性和轨迹跟踪精度的同时还增强了机器人系统的鲁棒性，而且操作简便、直观易行。

摘要： 本申请公开了一种基于滑轮运动学的索并联机器人运动学标定方法，方法包括：考虑滑轮运动学条件下的索并联机器人逆运动学建模；考虑滑轮运动学条件下的误差模型建模；利用绳索长度残差函数建立未知参数辨识方程式；求解考虑滑轮运动学条件下的辨识矩阵；根据辨识矩阵条件数指标结合交换点法进行标定测量位姿优选；控制机器人终端依次运动到各测量位姿进行测量；根据测得的数据代入辨识方程进行辨识参数的求解；利用求解获得的参数值更新机器人运动学模型。由此，该方法可以将索并联机器人出索位置的滑轮机构考虑在内，可获得更为完整精确的索并联机器人运动学模型及几何参数，提高标定后的索并联机器人终端位置控制精度。

摘要： 本发明涉及一种用于控制运动学机构的方法。为了为运动学机构以提高的精度和效率计算可能扫过的制动区域，该运动学机构在运动学坐标系中借助于铰接地相互连接的单轴被建模，至少一个所述单轴与运动学坐标系的原点连接，并且至少一个所述单轴相对于原点运动，根据本发明，在制动过程中，对于与单轴耦联的点，由点的初始位置、至少一个单轴的矢量速度和至少一个单轴的最小减速度确定点的至少一个虚拟的最终位置，并且通过初始位置和至少一个虚拟的最终位置的包络部来确定点的制动区域，由初始位置和至少一个虚拟的最终位置计算出包络部的延伸范围，并且在控制运动学机构时考虑制动区域。本发明还涉及一种运动学机构和机器人。

摘要： 多关节连杆机构具有被驱动源驱动的驱动关节、以及伴随着驱动关节的动作而从动地动作的从动关节。首先，从多关节连杆机构选出使工件的位置、姿态变化的开环连杆机构。导出构成选定的开环连杆机构的各关节的移动量、旋转量。将导出的开环连杆机构的各关节的移动量、旋转量设为固定值，导出由开环连杆机构的关节的至少一部分以及未选定的关节构成的闭环连杆机构的各关节的移动量、旋转量。

摘要： 本发明公开了一种具有线性正逆运动学方程的3‑CRU并联机器人轨迹规划方法，包括以下步骤：S1、建立3‑CRU并联机器人的正、逆运动学方程；S2、基于有限脉冲响应滤波器在3‑CRU并联机器人工作空间内任意生成笛卡尔空间的轨迹；S3、根据3‑CRU并联机器人的实际轨迹精度情况，任意增大笛卡尔空间的插补周期来进行采样；S4、将笛卡尔空间的采样点逆解，得到了关节空间中对应的时间‑采样点序列，此时间‑采样点序列作为路径，利用伺服电机驱动3‑CRU并联机器人按照路径点运行。本发明不仅考虑了轨迹的平滑约束，而且可以提前规划好轨迹的总运行时间，简化了轨迹规划的插补过程，减少了计算资源的占用，提高了控制器的计算效率，还操作简便、直观易行。

摘要： 本实用新型公开了一种多自由度悬架运动学与弹性运动学特性试验台，主要包括支撑系统，加载系统，测量系统，运动平台系统和控制系统，所述的支撑系统支撑待测车辆和加载系统，加载系统中的六个电动缸驱动运动平台系统，实现运动平台系统的六自由度运动；加载系统中的左右墩滑动连接在运动平台系统的上方，左右墩各自内部的圆盘电机驱动墩台转动；测量系统测量待测车辆车轮的位移和受力；控制系统采集测量系统测得的信号并驱动加载系统对待测车辆进行加载。本实用新型采用了独特的多自由度加载形式，可以实现测试过程完全模拟真实路面的侧倾角和纵倾角；经过少量改装即可进行整车或零部件的转动惯量测量；本实用新型结构简单，测量范围广，具有较好的应用前景。

摘要： 本发明涉及一种改进的Stewart并联机构正运动学参数求解方法，其包括以下步骤，步骤一：搭建Stewart并联机构平台，根据平台的实际参数确定平台铰点的初始坐标；步骤二：根据给定随机位姿计算出训练样本；步骤三：利用SSA优化BP神经网络得到位置正解；步骤四：应用NAd1法求解并联机构平台正运动学的结果。本发明提出了NAd1法与SSA算法优化神经网络结合的混合算法，有效解决了Stewart并联机构平台正运动学求解问题；本发明的应用有效减小了Stewart并联机构平台正运动学计算结果的误差，并能解决局部最优问题；提高了算法整体迭代精度，减少了迭代次数。