一种七自由度番茄收获机械手的逆运动学研究

以一种七自由度冗余度番茄收获机械手为研究对象,采用基于代数法和几何法相结合的分析方法和梯度投影法,进行位置层面和速度层面上逆运动学分析与仿真试验,并对比正、逆运动学位姿求解误差。结果表明,本文采用代数法和几何法相结合方法与梯度投影法,获得机械手各关节运动变量与末端执行器位姿的关系模型;机械手速度层面运动学正解和逆解误差均较小,分别为8.27e-13 m和9e-11 m。因此仿真试验结果验证了该算法理论的有效性。     

基于MATLAB的六自由度机械手的运动分析与仿真

针对串联六自由度机器手的仿真运动轨迹,根据DH参数法求解出机器人末端执行器的位姿矩阵表达式,求解出机械手运动的正逆解,对于多解问题给出优选函数。使用MATLAB Toolbox建立机械手运动模型模拟机械手的运动过程,验证机械手正逆运动学的正确性,为后续的分析、控制、优化提供运动学参考。     

基于OpenGL和MATLAB的五自由度采摘机器人动态仿真

为验证运动学分析的正确性,形象直观地反映运动过程,建立了基于OpenGL和MATLAB的采摘机器人可视化动态仿真平台。利用Denavit-Hartenberg方法建立了机器人运动学模型,得到了机器人的运动学正解。采用简化的反变换法求解机器人运动学逆解。采用SolidWorks建立机器人的三维模型,然后通过Deep Exploration将其转换成OpenGL所识别的cpp格式文件。基于VisualC++6.0与OpenGL的仿真平台,对机械手的运动学正解、逆解、抓取动作进行可视化仿真验证。并且利用MATLAB的Robotics Toolbox对机械手的各关节进行轨迹规划。仿真结果表明:D-H法建立的运动学模型反映了采摘机器人的真实运动情况,采摘机器人运动学正逆解正确。     

基于混合学习果蝇优化算法的冗余机械臂逆运动学求解

针对常规方法难以有效求解冗余机械臂逆运动学的不足，提出了一种基于改进果蝇优化算法的逆运动学解决方案。改进算法采用线性候选解产生机制，克服了基本果蝇优化算法不能搜索负值空间及无法在指定的区域内均匀搜索的缺陷。通过混合学习嗅觉搜索策略的构建，有效增强并合理平衡算法的全局探索与局部开发。此外，通过视觉实时更新策略的引入，提升了算法的搜索效率及加速了算法的收敛速度。以7自由度冗余机械臂的逆运动学求解为例展开对比试验分析，结果表明所提出算法在寻优速度、精度以及结果稳定性等方面明显优于对比算法，说明该方法能够有效解决冗余机械臂的逆运动学问题。     

基于速度逆运动学的六足步行机器人位姿闭环控制

六足步行机器人位姿控制系统是强耦合冗余非线性系统,对单腿速度逆运动学进行研究,建立六足步行机器人速度逆运动学模型,对六足步行机器人位置和姿态进行解耦控制。对机器人位置和姿态采用比例控制策略,建立机器人位置控制闭环和姿态控制闭环实现六足步行机器人位姿闭环控制。基于六足步行机器人平台,由MATLAB和ADAMS建立六足步行机器人仿真模型,并对六足步行机器人位姿闭环控制进行联合仿真,仿真结果验证了六足步行机器人位姿闭环控制方法的正确性。     

一种关节型摆盘机械手的运动学分析

为解决目前水稻育秧摆盘作业仍以人工为主、种植季节需要大量劳动力、劳动强度大、作业效率低等问题,设计了一种4自由度关节型机械手实现摆盘作业,对机械手的手臂和手腕进行选型。运用D-H方法构建了机械手的运动学模型,利用MATLAB强大的符号运算功能对方程进行求解,得出正逆运动学的解。通过正逆运动学的解,可以得出机械手各关节工作时的运动轨迹和机械手欲到达某一位姿时各关节的扭角值。     

基于唯一域方法的机器人逆向运动学求解

针对机器人的逆运动学多解问题,提出一种基于唯一域求解的新方法。利用机器人的雅可比矩阵行列式等于0确定的边界,将机器人的关节空间划分为与逆运动学多解数目一致的唯一域;各唯一域的边界作为约束条件,将唯一域内的逆运动学求解转换为CMA-ES算法的有约束寻优;利用佳点集均匀分布性的特点,优化唯一域中CMA-ES算法求解的初始均值点。通过求6R工业机器人的逆运动学多解,阐述了该方法的应用,并以机械臂逆解数值法为参照,在钱江一号6R工业机器人和KUKA仿人机械臂上进行了2个仿真实验对比。仿真结果表明,本文所提方法在满足精度要求的前提下,平均求解时间更短。实验1中,CMA-ES算法求解一组逆解的平均速度约为5.1ms/次,数值法求解的平均速度约为7.5ms/次;实验2中,一组逆解的求解平均速度约为18.9ms/次,数值法求解的平均速度约为54.8ms/次;CMA-ES算法对两款机器人的位置跟踪精度均稳定在10-6mm数量级。     

苹果采摘机器人机械手运动学分析与仿真

通过齐次坐标变换建立了机械手的运动学模型,并对正运动学以及逆运动学分别进行了求解,通过初始位姿对运动学正反解进行了初步验证;利用矢量积法求解了机械手的雅克比矩阵,建立了机械手关节速度与末端执行器速度的瞬时对应关系;由机械手的具体结构设计出发,利用Pro/E 建立了机械手的实体样机模型,并导入仿真软件 ADAMS 中对其进行运动学仿真验证,使机械手整个运动过程直观化;同时分析了仿真过程中机械手各关节的驱动与机械手末端点运动变化的关系.仿真结果表明机械手的运动学方程解完全正确.     

收获采摘机器人的运动学分析及仿真——基于ADMAS

为了对五自由度关节式收获机器人五自由度关节机器人末端执行器的位姿和运动进行描述,运用传统的D-H法建立各关节运动学数学模型,进行运动学正、逆解,求得末端执行器的位置关系式。基于UG软件建立了该机械手的三维立体模型,并通过ADMAS软件对机械手抓取、采摘和放下过程进行仿真分析,确定其运动轨迹。结果表明:所建立的运动学方程正确,设计的机械手满足工作要求,有较强的操作性,为收获采摘机械手的设计制造奠定了基础。     

林果业修剪机械手的设计与试验

通过对以往林果业绿篱修剪情况的分析,发现采用人工修剪绿篱时,存在人工劳动强度较大、工作效率较低等问题,限制了林果业绿篱修剪水平的提升。随着科学技术的发展,绿篱修剪机械手逐渐被提出来并投入研发中。为此,设计了苗木修剪机械手,且通过D-H矩阵理论,实现对苗木修剪机械手运动学正解、逆解的求解,将其应用于实际林果业修剪工作中。文中对林果业机械修剪手的总体设计进行了阐述,分析了林果业修剪机械手的主要结构及运动学正解、逆解,并通过仿真及试验,验证了林果业修剪机械手的设计效果。     

圆形水果采摘机械手运动学分析与仿真

针对目前水果采摘劳动强度大、作业效率低及危险等问题,设计一种六自由度圆形水果采摘机械手。采摘机械手采用液压和气动系统相结合的方式实现升降、俯仰及快速采摘,且采用D-H法建立了各连杆坐标系,并对其进行运动学正解和反解分析;最后,运用Adams和Matlab对采摘机械手进行运动轨迹、夹紧力及工作空间的仿真分析。结果表明:机械手采摘的高度范围为230~5 100 mm,末端执行器关节的旋转角度为0°~280°,弧形手抓最大夹紧力为22 N,工作空间内的工作点分布均匀对称且水平方向上可360°旋转。通过仿真可有效地看出各连杆之间运动平稳,验证运动学分析的正确性,为进一步的研究提供理论基础。     

基于共形几何代数的并联机器人逆运动学分析方法

运动学分析是并联机器人运动学性能评估和结构尺寸优化的基础。现有并联机器人运动学分析方法存在几何建模与几何计算相分离的问题,本文利用共形几何代数(Conformal geometric algebra, CGA)集几何表示和计算为一体的优势,提出一种并联机器人逆运动学分析方法。根据动平台位姿参数给出动平台刚体运动算子,通过共形几何代数框架下的几何积实现动平台上任意点的刚体变换,得到任意点在运动过程中的共形几何表达式;结合机构中尺寸、几何约束,利用内积运算,建立机构运动学方程;根据运动学方程,进行运动学反解计算和速度分析。以3自由度的3-RPS并联机器人和6自由度6-UPS并联机器人为例,对所提方法进行验证,并将逆运动学推导结果与仿真软件所得结果进行了对比,验证了本文提出方法的正确性。该方法将空间向量和旋转表示等几何对象与矩阵乘法、矢量外积等计算方式相结合,使得并联机器人空间几何问题统一在一个代数系统中进行处理,因此分析过程几何直观性较强,简化了运动学逆解分析计算过程。     

基于Matlab的采摘机械手运动学仿真研究

结合人机协作思想,确定了采摘机械手自由度数目,并对其进行了结构设计,讨论了该机械手的运动学问题,并在Matlab环境下建立了采摘机械手的三维仿真图.同时,通过控制滑块驱动机械手运动,运动情况满足预定要求.编制简单的算法程序,对规划好的轨迹进行了运动学仿真,从而验证了连杆坐标系的正确性和连杆参数的合理性;在运动过程中各关节角连续变化,末端执行器可以实现预期的运动.     

模块化六自由度机械臂逆运动学解算与验证

针对六自由度模块化串联机械臂,进行了正运动学求解,并提出了该种臂型的运动学逆解计算方法.从机械臂的结构特点出发,采用DH法进行结构建模,得到了正运动学模型.在逆运动学求解过程中,针对纯代数法找不到该种臂型的独立不相关变量方程的问题,采用几何方法求解机械臂前3个关节、后3个关节使用反变换法求解,通过给出解的组合原则,得到了该机械臂逆运动学的完整解析解.为满足机器人系统编程和实际控制需要,基于VC++编制了MFC的运动学算法程序,验证了正逆运动学求解的正确性,为机械臂精确定位和运动规划提供了必要的前提条件.     

VR技术在采摘机器人仿真系统中的应用研究

采用VR虚拟现实技术,利用Novint Falcon控制器,以采摘机器人为研究对象,建立和搭建了采摘机器人的运动学模型和仿真平台,实现了采摘机器人的虚拟操作。仿真结果表明:采摘机械手精确地执行了圆形轨迹的运动模拟,实现了逆向运动学计算与仿真,为研究采摘机器人正、逆运动学提供了一定的理论参考。     

3自由度空间并联机器人机构设计与分

提出了一种新型3自由度空间并联机器人机构,机构动平台具有两个移动和一个转动自由度.基于螺旋理论对机构的运动输出特性和自由度进行了分析与计算,推导出机构的位置和速度解的解析表达式,讨论了机构的奇异性和灵巧性.由于映射输出一输入速度矢量关系的Jacobian矩阵为单位阵,所以此机构为无奇异完全各向同性并联机构,故该机构具有良好的运动、力传递性能和潜在的应用前景.     

3-PRC并联机构的运动轨迹规划与仿真

利用螺旋理论对具有三角平台的3-PRC并联机构进行了运动性分析,应用并联机构逆运动学分析理论,对3-PRC并联机构动平台的运动轨迹进行了分析研究。由齐次坐标变换公式推导出其运动学反解计算公式,进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律。最后,借助UG创建了该机构的装配模型,通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。     

基于改进蚁群算法的3-PPR并联机构位置正解研究

针对3-PPR并联机构位置正解问题,运用螺旋理论计算其自由度,并分析其运动特性,同时通过解析法构建该并联机构的完整运动学逆解。将并联机构运动学正解问题的求解转化为对目标函数优化问题的求解,并基于此建立该并联机构正解的目标函数优化模型。通过对基本蚁群算法进行有效的改进,构建了可用于求解连续优化问题的改进蚁群算法。运用该算法求解3-PPR并联机构的运动学正解并进行Matlab仿真分析,对比传统数值方法和改进蚁群算法,证实该算法具有良好的全局寻优能力,并能避免初值和局部最优值对计算结果的影响,可有效应用于求解并联机构的位置正解问题。     

农业轮式机器人PI鲁棒-滑模控制——基于RBF神经网络

农业轮式机器人机械多体系统朝柔性机器人方向发展,自由度越来越多,对应的结构也变得更加复杂,自动化和智能化水平越来越高,其动力学建模和实时控制难度增大。为提高机器人动力学建模效率,以通用性较强的具有6自由度机械臂的AMR果蔬收获机器人数学模型为研究对象,利用空间算子代数理论建立了轮式机器人O(n)阶效率的运动学和广义动力学模型。同时,利用Elman神经网络求解了机器人逆运动学问题,结合广义动力学模型和逆运动学模型,根据农业轮式机器人的特点,利用神经网络控制理论、PID鲁棒理论和Lyapunov稳定性理论,设计了一种6自由度机械臂的RBF-PI鲁棒-滑模控制算法,对机械臂末端进行心形轨迹实时追踪。最后,通过试验仿真,验证了本文提出的逆运动学理论、广义动力学模型和控制方法的合理性,为农业轮式机器人的研究提供了参考数据。