逆运动学

摘要： 逆运动学问题是冗余度机器人运动控制、轨迹规划和动力学分析的基础,也是机器人学中最重要的问题之一。针对末端执行器位姿的最小误差为优化目标,建立了适应度函数,将冗余度机械手的逆运动学问题转化为一个等价的优化问题,在种群智能优化算法基础上应用了杂交变异果蝇优化算法(HMFOA)进行冗余度机械手逆运动学问题的求解。采用嗅觉搜索杂交突变机制和视觉搜索的动态实时更新机制,能有效地解决果蝇优化算法(FOA)的收敛问题,并提高算法的收敛速度。为进一步验证HMFOA的有效性,在七自由度机械手上对HMFOA进行了测试,对其结果与FOA、LGMS-FOA和AE-LGMS-FOA等算法进行了比较,实验结果表明HMFOA能有效地解决冗余机械手的逆运动学问题。

摘要： 工业机器人由于其串联结构特性,刚度远远低于数控机床,导致机器人加工存在加工精度低和加工质量差的问题。为提高机器人的加工刚度,提出了一种基于机器人逆运动学的机器人加工姿态求解方法。以IRB6700机器人为研究对象,首先通过比较机器人不同逆姿态对应的加工刚度得到了机器人的最优逆姿态配置,然后进一步考虑机器人加工的冗余性,求解机器人的逆姿态,建立了机器人姿态优化模型并得到了给定加工条件下的优化结果。最后采用有限元仿真验证了机器人逆运动学的磨削姿态优化方法的正确性。

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： 为了提高冗余机械臂逆运动学求解精度,提出了多子群粒子群算法的求解方法。使用D-H法建立了冗余机械臂运动学模型,以机械臂末端执行器位姿误差最小为目标构造了目标函数。在粒子群算法基础上,提出了粒子的多策略进化方法和多子群协同搜索方法,粒子的不同子群对应不同的进化方法,也即具有不同的搜索优势,从而提高算法应对不同类型寻优问题的能力。经运动学逆解仿真分析,多子群粒子群算法和粒子群算法搜索的最优粒子对应姿态误差相差5个数量级,位置误差相差4个数量级,充分证明了多子群粒子群算法的寻优性能远远优于粒子群算法;经多工作点实验验证,多子群粒子群算法的稳定性和鲁棒性也优于粒子群算法。

摘要： 对仿生人类腰部以下结构,设计一种关节型双足机器人。构建其行走与站立两种基本运动的运动学模型,通过逆运动学分析对其关键数值进行解算。实验验证了机器人设计及运动分析的合理性。

摘要： 目的针对机器人行走时髋关节高度与人体髋关节变化规律不相符的现象,提出一种模仿人类步行的步态规划方法,以增强机器人运动的拟人性,减少能耗损失,增强行走稳定性。方法将动捕系统采集的人体步行数据进行递推平均滤波和savgol_filter函数预处理后得到人体步行样本;对人体步行样本进行几何缩放后生成机器人步行样本,从中提取机器人运动学参数;采用五次样条插值算法,依据人体步行样本运动规律,规划机器人下肢关节参数化运动轨迹;利用多目标粒子群优化算法得到一组满足三个设定目标的机器人运动学参数;将该组运动学参数代入机器人下肢关节参数化轨迹方程,建立机器人前向和侧向运动学模型,利用逆运动学求解下肢关节角度;使用NAO机器人验证步态规划的可行性。结果预处理能消除噪声点;几何缩放解决了机器人与人在肢体长度等方面存在的差异;五次样条插值规划的关节运动轨迹的平均相似度为95%以上;多目标粒子群算法优化结果显示:若机器人具有较高的步行稳定性,则会以降低步行速度为代价;机器人下肢髋、踝关节翻滚角度存在大小相等、方向相反的变化规律;机器人物理样机的ZMP轨迹位于支撑多边形内部;机器人行走步态与人体步行样本具有相似性。结论模仿人类步行的步态规划方法使机器人行走步态具有高稳态、低能耗、拟人化的行走特性。

摘要： 针对果蝇优化算法收敛速度慢、收敛精度低以及候选解只能取正值等不足,提出一种基于双策略协同进化的改进果蝇优化算法,该算法按概率从两个精心构造的进化策略中随机选择其中一个策略,作为当前果蝇个体的嗅觉搜索操作算子,进而形成两个策略混合协同进化的嗅觉搜索机制,达到合理兼顾算法全局探索与局部开发的目的,大幅度提升算法的收敛质量。此外,通过引入佳点集初始化种群方法以及实时视觉更新策略,使初始种群具有较好的多样性,同时加快了算法的收敛速度。借助经典的基准测试函数和平面冗余机械臂的逆运动学求解验证了所提算法的可行性与有效性。结果表明:该算法在寻优速度、精度以及结果稳定性等方面明显优于对比算法。

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： 提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行。基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度。用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形。由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构用于不规则曲面雕刻机的应用实例。实验研究表明,该机构可以满足雕刻的需求。

摘要： 本文提出一种利用多切断点分解—重构技术求解非球型手腕机器人逆解新方法,简化了该类机器人逆运动学公式的推导过程。首先利用指数积公式的变形,说明了n自由度机器人的可分解性,以及重构连接的通用几何约束;然后以一款手腕前端偏置型机器人为例,给出了针对常见非球型手腕机器人的分解方法及重新连接的几何约束条件。以满足约束条件为目的,得到了只含θ6的非线性封闭方程,以及其它关节角关于θ6的求解公式,推导过程具有更直观的物理几何意义。最后使用二分法求解,算法约2 ms可得到目标位姿所有解,计算位姿误差在10^(−12)mm以内。

摘要： 针对非球型手腕6R机器人,设计并实现了满足工业实时性和高精度要求的逆运动学算法.采用基于Liu方法的析配消元过程和雅可比伪逆法相结合的逆解方法,析配消元过程中引入矩阵条件数来确保选出更"好"的矩阵作进一步计算,对于矩阵条件数过大或矩阵无实数域特征值的情况,切换到雅可比伪逆法,使得原Liu方法不可解的位置(即关键矩阵均不满秩的情况)可以求解.对任一型号的6R机器人只需要一次符号计算得到各关键矩阵,然后将一元16次方程的求解转化为矩阵特征值的求解,减少了累积误差,提高了运算精度.实验结果表明:提出的算法平均计算时间为0.37ms,描述机器人末端位姿误差的综合指标达到1×10-10以内.

摘要： 针对一种五自由度机器人结构,提出了一种精确求解逆运动学的封闭解法,解决了逆运动学数值方法计算较慢、在某些情况不能算出所有可能解问题.应用D-H方法建立了该五自由度机器人的运动学模型.在此基础上,依据该机器人的特定构型,应用代数方法,仅选取位置矢量和一个姿态矢量提出了所研究机器人的逆运动学封闭解法.选取一个马鞍面做为该机器人打磨作业任务,分别进行了Matlab数值计算仿真和ADAMS虚拟样机联合仿真分析.结果显示:马鞍面期望轨迹和遍历轨迹对应的位置和姿态具有高度一致性,验证了所提出逆运动学封闭解法的正确性.最后,通过数值计算求解了该机器人的可达工作空间,为该机器人结构优化和运动控制提供依据.

摘要： 全方位下肢康复机器人的运动问题分为运动学以及动力学.本文是在不考虑力以及力矩对机器人运动影响的情况下针对康复机器人系统运动学问题的研究.全方位下肢康复机器人采用四轮轮式机器人,相对于三轮轮式机器人逆运动学有很大的区别.本文首先通过对下肢康复机器人运动学的理论研究,建立了两种不同的逆运动学模型,之后利用MATLAB对所得的两种逆运动学模型进行仿真.通过仿真结果得到两种逆运动学模型对康复机器人轨迹跟踪都有很好的跟踪效果.

摘要： 针对8自由度随车吊吊运作业时的逆运动学求解问题，通过任务描述建立运动学方程，并根据其机构特点对模型进行简化，提出了一种基于混沌粒子群优化算法的求解策略。该算法具有运算简单、易跳出局部极小值、计算精度高等优点，解决了逆运动学解的非唯一性。最后通过仿真研究验证了算法的有效性。

摘要： 介绍了柔性机械臂逆运动学研究的意义与目的，进行了简单的逆运动学分析，利用小脑模型神经网络对机械臂的逆运动学进行仿真，详细阐述了神经网络在柔性机械臂逆运动学中算法的应用并就一些算法做了简单的比较，最后对今后的工作进行了展望。

摘要： 通过从几何方法、结构及功能考虑,可获取机械臂的逆运动学.通过双曲线函数对经典滑模控制模型的优化,得到了一种新的算法,可以减少实际执行器的抖动效应,并将其与学习和自适应控制器一起应用于机械臂仿真模型.设计并实现了5自由度机械臂,包含用于反馈的通信接口及信号调理电路.通过仿真和实现获得的结果由联合误差的比较曲线和RMS指数表示,并且表明,在仿真和实现中,冗余操纵器遵循具有不太明显的最大误差的测试轨迹,使用自适应控制器比其他控制器,具有更均匀的机械手运动.

摘要： 提出了一种新的基于逆运动学分析和粒子群优化算法的柔性机械臂笛卡尔空间轨迹规划和振动抑制方法.采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别对柔性关节、柔性臂杆进行动力学建模,最终得到全面考虑柔性特性的柔性机械臂动力学模型;针对机械臂末端笛卡尔空间"点到点"和"静止到静止"的规划运动,采用五次多项式函数对末端轨迹进行离散规划,并通过逆运动学理论分析求解得到含冗余参数的关节空间电机转动轨迹;采用粒子群优化算法(PSO),将满足机械臂末端振动最小化的轨迹规划问题转换为待定冗余参数的优化问题,并迭代优化求解该参数;最后以三自由度柔性机械臂开展仿真研究.仿真结果表明,提出的规划方法具有很高的收敛速度,节约了计算时间;能够实现预定的机械臂轨迹规划;对机械臂末端点的残余振动能够进行有效地抑制.

摘要： 本文所针对的是一个移动焊接机器人系统.对于关节坐标机器人,机器人手臂运动学中有两个基本问题,即"正向运动学"问题和"逆向运动学"问题,本文采用D-H 法来描述杆件相对于固定参考系的空间几何学关系,以将关节的角度变化与机械臂的空间坐标变化联系到一起,解决了正向运动学问题;采用代数解法求解运动学逆问题.然后用插补的方法对移动焊接机器人的5 自由度机械手臂进行了轨迹规划,最终完成了机器人的一个直线轨迹规划和曲线轨迹规划.

摘要： 本文所针对的是一个移动焊接机器人系统.对于关节坐标机器人,机器人手臂运动学中有两个基本问题,即"正向运动学"问题和"逆向运动学"问题,本文采用D-H 法来描述杆件相对于固定参考系的空间几何学关系,以将关节的角度变化与机械臂的空间坐标变化联系到一起,解决了正向运动学问题;采用代数解法求解运动学逆问题.然后用插补的方法对移动焊接机器人的5 自由度机械手臂进行了轨迹规划,最终完成了机器人的一个直线轨迹规划和曲线轨迹规划.

摘要： 本文所针对的是一个移动焊接机器人系统.对于关节坐标机器人,机器人手臂运动学中有两个基本问题,即"正向运动学"问题和"逆向运动学"问题,本文采用D-H 法来描述杆件相对于固定参考系的空间几何学关系,以将关节的角度变化与机械臂的空间坐标变化联系到一起,解决了正向运动学问题;采用代数解法求解运动学逆问题.然后用插补的方法对移动焊接机器人的5 自由度机械手臂进行了轨迹规划,最终完成了机器人的一个直线轨迹规划和曲线轨迹规划.

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： 本发明涉及一种有寄生运动的五自由度串并联机器人运动学逆解求解方法，所述方法建立一种三自由度并联机构等效机构，将原串并联机器人转化为由等效机构和两串联关节组成的五自由度串联机构，设末端刀具沿基坐标系Z轴旋转方向自由度为寄生运动，令寄生运动不参与计算，消减方程数量，通过解非线性方程组获得等效关节变量及串联关节驱动变量与末端刀具位置坐标及2个欧拉角的方程，最后利用向量解析法求取等效关节变量与三自由度并联机构驱动变量的关系，本方法能够在避免求取寄生运动与其他自由度间的复杂耦合关系的前提下，求解整体串并联机器人的逆解。

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： 本发明涉及一种有寄生运动的五自由度串并联机器人运动学逆解求解方法，所述方法建立一种三自由度并联机构等效机构，将原串并联机器人转化为由等效机构和两串联关节组成的五自由度串联机构，设末端刀具沿基坐标系Z轴旋转方向自由度为寄生运动，令寄生运动不参与计算，消减方程数量，通过解非线性方程组获得等效关节变量及串联关节驱动变量与末端刀具位置坐标及2个欧拉角的方程，最后利用向量解析法求取等效关节变量与三自由度并联机构驱动变量的关系，本方法能够在避免求取寄生运动与其他自由度间的复杂耦合关系的前提下，求解整体串并联机器人的逆解。

摘要： 本发明公开了一种基于焊接变位机逆运动学解析解权重法求焊接变位机运动轨迹的方法。焊接变位机的逆运动学解析解中解的不唯一性导致在一个姿态可能对应多组解，因此多解的选取是解析解必须解决的问题。以一种二自由度的焊接变位机为研究对象，建立焊接变位机运动学方程，然后，通过解析法进行求解关节变量。在多组解的选取中，首先，剔除不满足焊接变位机关节运动范围的值；其次，对一些特殊情况的处理，比如在求解过程中分母为零的情况，最后，考虑两个关节的权重，设计合适的目标函数。在求解出的关节变量基础之上安排合适的过渡过程进行轨迹规划。本发明可以快速，准确的求出焊接变位机的关节变量，并通过设计合适的安排过程进行轨迹规划。

摘要： 本发明提供的是一种多关节机械臂空间函数轨迹运动的逆运动学求解方法。解决了多关节机械臂在按照既定轨迹函数运动的过程中，操作空间与关节空间以及关节空间与驱动空间的映射关系。在给定空间轨迹函数之后，本发明的能够输出各个时刻的各个关节的姿态（具体为各个关节的末端位置）以及每根驱动绳的绳长。在解决操作空间与关节空间的映射关系时，采用数值方法中的二分法对该关系进行数值求解。在解决关节空间与驱动空间的映射关系时，可以算法求出各个关节坐标系关于基坐标系的转换矩阵，从而得到各个驱动绳的绳长。

摘要： 本发明提供了一种多关节机械臂平面蛇形轨迹运动的逆运动学求解方法。该轨迹包含三种不同过程的轨迹，第一阶段为基座配合机械臂向前按照预定轨迹避开障碍到达指定位置；第二阶段为基座固定，机械臂在指定位置完成上下移动完成相应的工作；第三阶段为机械臂完成相应工作后，基座配合机械臂收回到最初位置。在各个阶段中，在给定机械臂末端位置和姿态的情况下，推导出该机械臂各个关节位置的几何表达式，再通过一系列化简求解的方法，求得该多关节机械臂按给定的轨迹运动的运动学逆解。本发明能够在给定机械臂各关节参数和所需运动轨迹的情况下迅速的求出运动学逆解，进而对机械臂的运动进行控制。

摘要： 本发明提供一种逆运动学运算装置及逆运动学运算方法，即使在腕关节奇异点状态下，也能够计算对协同作业者来说安全的逆运动学运算的解。具备：第四关节位置计划器(107)，其在为腕关节奇异点状态的情况下，基于J6的位置、J5与J6之间的连杆长度(L5)、以及伴随位置控制机构的J4的可到达区域，根据多关节机器人手臂与协同作业者之间的相对位置关系，计划J4的位置；以及第六关节角度计算器(108)，其根据多关节机器人手臂的顶端的姿势、J6的位置、以及由第四关节位置计划器(107)计划的J4的位置，计算J6的角度。

摘要： 本发明提出一种面向机械臂仿真到实际运动的逆运动学建模方法及装置，属于信息物理系统智能建模技术领域。其中，所述方法包括：根据机械臂自身的末端在仿真中设计对应的虚拟末端1，根据所述机械臂末端携带的执行机构在仿真中设计所述执行机构对应的虚拟末端2；在仿真中，获取采样数据，包括：虚拟末端1经过预设的路径点时对应的关节角以及机械臂携带虚拟末端2经过路径点时机械臂自身末端的对应位置和机械臂对应的关节角；根据采样数据，构建实际输出为预设的路径点位置，实际输入为虚拟末端2经过所述路径点时机械臂对应关节角的逆运动学模型。本发明可减小机械臂虚拟运动仿真与实际机械臂运动的误差，实现虚拟仿真到实际操作的应用。

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。