六自由度机械臂逆运动学求解

对六自由度机械臂进行了正运动学分析与求解,并提出了一套解决六自由度机械臂逆运动学问题的算法,同时使能耗达到最少。首先从机械臂的结构特点出发,建立D-H坐标系,得到正运动学模型;然后通过对正运动学模型的可解性进行分析,采用矩阵逆乘的方法来得到机械臂逆运动学的完整析解;再通过求极值的方法来算出机械臂在运动过程中哪种运动轨迹耗能最少;最后用求解实例的方法验证正运动学模型和逆运动学求解的正确性。     

六自由度模块化机械臂的逆运动学探析

机械臂主要是以人类手臂为模型进行设计,是一种能够节省劳动力消耗的工具,对我国经济的发展具有一定的重要意义。文章主要对六自由度模块化机械臂的逆运动学进行分析,为相关研究部门提供参考。     

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.     

八自由度机械臂位置运动学模型解析解

采用D-H法建立了八自由度农业机器人机械臂连杆坐标系,得到以关节变量为输入的正运动学方程。在正运动学方程的基础上,根据农业机器人实际工况以及机械臂自身的结构特点,设定了约束条件,进行了逆运动学分析,得到了各关节变量的解析表达式,并对正运动学与逆运动学计算结果进行了相互验证。采用ADAMS仿真软件建立了机械臂的仿真模型,进行了运动学仿真,仿真结果与理论计算相符。搭建实验平台,实验验证了正运动学与逆运动学求解结果的正确性。     

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。     

六自由度采摘机械臂系统设计

以Atmel公司的Atmega1280芯片为核心控制器,以六自由度关节型果蔬采摘机械臂为研究对象,设计了采摘机械臂的软硬件系统。运用D-H法对六自由度机械臂进行数学建模,并通过Mat Lab构建运动仿真模型,验证了其设计的可行性;通过软件编程实现了采摘机械臂单自由度运动、多自由度协调运动和运动规划等功能模式;同时完成了Labview上位机监控界面的设计;最后通过系统调试,实现了采摘机械臂的单自由度、多自由度及基本的运动规划功能。系统整体运动灵活,协调性较好,在精度和性能上都得到了很大的提高。     

码垛机械臂运动学位置正逆解分析

准确的运动学位置正逆解分析是对机械臂进行轨迹规划、运动控制和动力学分析等的基础。以某型码垛机械臂为研究对象,分别采用D-H法和解析法对其进行了位置正逆解分析,两种方法的分析结果一致,一定程度验证了分析方法和结果的可靠性,为后续研究奠定了基础。      

基于动捕对仿人采摘机械臂运动学分析与仿真

通过三维光学动作捕捉实验采集了人体上肢完成采摘动作时上肢各关节角度的变化及各关节的点位数据,对上肢进行受力分析并利用MatLab编程获得力矩的变化情况。将上肢划分为3个关节7自由度的刚体模型,利用Robotics工具箱建立7自由度的仿人采摘机械臂,并通过D-H方法建立各连杆坐标系写出各连杆参数进行逆运动学分析,求解出机械臂7个关节角度值。由于存在冗余自由度使得逆解结果不唯一,因此提出了“最小能量法”选取最优采摘路径。对最优采摘路径进行五次多项式插值仿真各关节的角度、角速度及角加速度的变化,最后根据各关节的活动度进行末端执行器工作空间的分析。结果表明：“最小能量法”选取的最优解使仿人采摘机械臂在采摘点已知情况下能选择最优的路径进行采摘,整个采摘过程稳定。研究结果为仿人机器人采摘机械臂的运动控制和轨迹优化奠定了基础。     

基于MatLab的猕猴桃采摘机械臂运动学仿真研究

分析了猕猴桃棚架式生长环境,设计了一种在棚架栽培模式下工作的猕猴桃采摘机械臂;同时,并以猕猴桃采摘机械臂为研究对象,采用D-H法建立各杆件坐标系,应用齐次变换矩阵建立运动学方程。在Mat Lab的环境下,使用Robotics工具箱建立该机械臂的数学模型,并对其进行工作空间仿真及轨迹规划。实验数据表明:所建模型可以实现猕猴桃自动化采摘;仿真函数可以准确、有效地获得机械臂的运动参数和运动轨迹,为进一步的研究提供了重要的理论依据。     

基于FD on Desk那智机器人在线控制及运动轨迹仿真

以那智工业机器人为研究对象,基于工业仿真软件,利用C#在Visual Studio平台上开发了一个机器人在线控制与运动仿真系统。针对市面上工业软件的离线编程以及示教编程的局限性,通过TCP/IP协议以及Socket通信实现上位机对机器人的在线控制,通过工业仿真软件以及编程语言,利用RRT算法实现了机器人的智能路径规划。     

七自由度番茄收获机械手运动学求解

番茄收获机械手能够提高劳动生产率和作业质量,降低劳动强度,改善工作环境,实现收获作业机械化、自动化和智能化。为此,采用Denavit-Hartenberg坐标系,通过齐次坐标变换建立了7DOF番茄收获机械手的运动学模型,并对正运动学及逆运动学进行了求解。     

基于直驱并联机构的六自由度振动校准系统研究

直驱并联机构六自由度振动校准系统可以实现高精度和多自由度的运动模拟和校准,具有良好的应用前景。为了解决平台驱动关节滑块位置跟踪精度低的问题,对该机构进行动力学力矩前馈补偿分析。利用虚功原理建立该机构动力学模型,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略。在实验样机上进行力矩前馈补偿,实验结果表明,在开放伺服程序增加力矩前馈补偿后,可以降低该机构在运动时的跟随误差,进行不同幅值单自由度正弦运动时,跟随误差分别下降40.32%、39.04%、43.24%、48.19%。并对振动台进行了性能检测,在平台基础上,搭建激光测量系统和数据采集模块,进行传感器校准和性能分析,平台横向振动比较小,谐波失真度均小于2%,平台具有较好的稳定性和性能。     

基于ADAMS的果品采摘机械手运动学仿真分析

机械手作为机器人的重要组成部分,具有一定的研究价值.为此,基于人机协作思想,对果品采摘机械手的结构及相关参数进行了设计,并对其进行了详细的运动学分析,利用代数法对机械手逆运动学进行求解,得到了机械手的运动学方程,为实现机械手的控制奠定了基础.最后,通过机械系统仿真软件ADAMS进行仿真分析,验证了运动学方程的有效性.     

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.     

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。     

三自由度苹果采摘机械臂动力学分析与轻量化设计

针对工业机械臂苹果采摘时运动规划复杂、自由度多、控制难等问题,本文研制了一款轻量化结构的三自由度苹果采摘机械臂。首先,针对苹果采摘工作要求完成了机械臂的结构设计与运动学分析。机械臂采用平行四边形结构,通过后置动力源减小整机转动惯量,且臂展长,工作空间大,运动时树枝干扰小,更适用于苹果采摘。其次,采用牛顿-欧拉方程建立动力学模型,完成机械臂苹果采摘仿真,通过动力学模型的理论数据,以减轻机械臂自身质量为优化目标,对臂及其关键部件应力及应变进行分析,计算不同轻量化方案下的应力、应变,从而选取最优的轻量化方案。通过对比轻量化前后机械臂仿真数据,骨棒型轻量化方案驱动力矩峰值分别降低21 N·m和15 N·m,均降低约20%,整机质量下降1.8 kg,降低32.1%,且轻量化后机械臂保持良好工作能力。根据优化结果,搭建了三自由度苹果采摘机械臂物理样机,通过试验得到大、小臂最大驱动力矩为92、63 N·m,基本符合仿真结果,验证了动力学模型的正确性。     

3T1R并联机构运动学分析与优化设计

提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。     

基于多传感器信息融合的六自由度运动记录方法

以六自由度运动作为研究对象,提出了一种基于多传感器信息融合的运动记录方法.通过加速度模块获得加速度,解耦计算出六自由度运动的转角信息.通过融合转角信息和摄像头记录的图像信息,计算出六自由度运动的位移信息.通过实验验证了该方法的可行性.