基于D-H法的新型巡检机器人的运动学分析

阐述了一种新型的高压输电线路巡检机器人,对其机械结构进行了介绍。用D-H法推导了该机器人的正运动学方程并给出了运动学逆解。经试验证明,该机器人具有跨越所有线路障碍的能力。     

空间并联机构运动学分析的共形几何代数方法

提出了空间并联机构运动学分析的集几何表示和计算为一体的共形几何代数方法。以动平台上的坐标原点描述动平台的位置,以欧拉角描述动平台的姿态,给出了动平台上任意一点在定坐标系中位置的共形几何代数表达式,进而提出了一种建立空间并联机构运动学方程的数学建模方法。根据所建立的运动学方程,可进行空间并联机构的运动学正解和运动学反解分析。通过一种4-UPU空间并联机构运动学分析,进一步阐述了所提出的共形几何代数运动学分析方法,通过数值实例验证了所提出方法的正确性和有效性。     

新型4自由度并联机构的运动学建模与分析

基于并联机器人机构的运动输出理论，考虑结构的对称性和支链的可重组性，构造出一种新型的具有三平移一转动的4自由度并联机器人机构。运用Denavit—Hartenberg表示方法建立机构位移反解模型并进行了数值验算。通过分析反解模型，找出影响机构可达工作空间的因素。引入蒙特卡罗方法思想，提出一种定姿态三维网格搜索方法来得到工作空间，利用Matlab软件编程，以图解形式描绘定姿态下的工作空间容积及工作空间与姿态角的变化态势，并对其进行了分析。     

“代数学的独立宣言”——哈密尔顿的四元数代数

哈密尔顿(W.R.Hamilton)是爱尔兰最有影响力的数学配之一.他天资聪颖,一生成就斐然,所提出的四元数代数被誉为“代数学的独立宣言”,极大促进了代数学的变革与快速发展.     

基于倍四元数和Groebner基的6R机械手的位置反解

提出了一般6R机械手的位置反解的新算法,该算法是把齐次变换矩阵转以倍四元数形式表示,建立了倍四元数形式的串联6R机械手运动学方程,再通过线性消元和两次应用分次字典序Groebner基消去5个变元,得到一个一元16次方程.此方法没有增根,是一种对空间任意尺寸6R机械手进行建模和求解的新算法.其中求解Groebner基采用了计算机代数系统进行有理数运算,目前的求解速度尚不是很高,需进一步改进.     

全解耦并联机构的运动学与工作空间分析

研究了一种改进型全解耦-平移两转动并联机构,导出了其运动学的正逆解解析式,并用Visual C＋＋6.0编程计算求得数值解,通过Surfacer软件得到并分析了位置工作空间形状及大小;与原机构在运动学正逆解数、解耦性与位置工作空间形状及大小、驱动等方面进行了比较,证实改进型机构比原机构具有更大、更健壮的位置工作空间且不易产生奇异位置.可使该类机型应用范围更广.     

四元联系数在区域水资源承载能力评价中的应用

在总结前人研究成果的基础上,根据对区域水资源承载能力内涵的理解,建立了基于四元联系数的区域水资源承载能力评价模型。四元联系数是集对分析中三元联系数基础上的深化,将三元联系数中不同的部分分为偏同异和偏反异。将四元联系数应用于区域水资源承载能力评价,用联系度描述评价对象与评价标准之间的关系,其结果简便直观,能清晰地反应评价对象和评价标准间的联系。对日照水资源与承载能力状况进行评价,评价等级为"中等",与模糊分析法的评价结果一致。     

基于四杆悬架机构的月球车行走系统设计

探月工程的推进对月球车提出了更高的越障要求,文章基于四杆悬架机构越障能力强的特点,设计出一款新型月球车行走系统,并使用Adams进行运动学仿真,详细分析了其中震荡、侧滑与横摆、侧倾与俯仰等问题。该新型月球车行走系统具有较高的地形适应能力和通过能力,可以满足一般要求。     

四元联系数在区域水资源与社会经济协调发展评价中的应用

四元联系数是集对分析中同异反联系数的推广,它可更深入地分析系统中的各种复杂因素。将四元联系数应用于区域水资源与社会经济协调发展评价,其结果简便直观,能清晰地反应评价对象和评价标准间的联系。通过对山东省日照市水资源与社会经济协调发展状况进行评价,评价等级为"可持续",与模糊分析法的评价结果一致。因此,四元联系数的集对分析理论为区域水资源与社会经济协调发展评价提供了一种新的思路。     

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。     

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。     

一般6R机器人的高精度逆运动学优化算法

为提高一般6R机器人逆运动学算法的精度和效率,提出一种基于符号运算和矩阵分解的优化算法。对6个基础逆运动学方程作变换,采用符号运算预处理得到14个逆运动学方程,避免大量浮点数计算累积误差。利用其中6个方程与关节变量3无关的特点,将目标矩阵从24阶降低到16阶,包含的关节变量从3个增加到4个。把一元16次方程求根问题转换为矩阵特征分解问题,并选取较高数量级的相关数据元素计算关节变量,进一步提高了算法精度。以一般6R机器人为例,求解结果表明,提出的算法能够得到具有任意期望精度的最多16组实数逆运动学解。     

基于改进适应度函数组合法的机器人逆运动学求解

提出基于分离-重构方法获得智能算法的适应度函数,并与解析法相结合求解一般结构多自由度机器人逆运动学,一般结构满足至少一组相邻关节轴线交于一点。利用分离-重构的方法构建分离-重构适应度函数,使用智能算法验证分离-重构适应度函数,求解出部分关节角,再结合解析法求出其余关节角。以一般结构的FANUC CRX-10iA型协作机器人为算例,使用改进的CMA-ES算法验证分离-重构适应度函数,仿真结果表明,在相同条件下求解的点对点运动中,单次平均求解时间为0.0040s,适应度函数值稳定在10-7数量级,且迭代收敛次数稳定在25次左右;在空间中对两种连续轨迹进行跟踪时,单次平均耗时分别为0.0068s和0.0102s,位置误差均稳定在10-7m数量级,且各关节运动曲线平滑,提升了多自由度机器人逆运动学分析的效率和精度。以REBot-V-6R型六自由度机器人为实验对象,基于VC++6.0创建MFC实验平台,进行连续的空间轨迹跟踪实验,仿真与实验结果验证了该方法的有效性。     

空间机构连杆的运动分析

建立了空间连杆机构的分析模型,利用矢量回转法确定了空间机构连杆上沿任一直线作匀速运动的动点轨迹矢量方程,即动点轨迹方程,并进一步地对矢量方程进行微分求出动点在任一瞬时时刻的速度和加速度;建立了空问机构连杆上任一直线的轨迹曲面方程,即连杆曲面方程;再应用MATLAB函数绘制了空间机构连杆上任一直线上动点的轨迹曲线、速度和加速度图以及连杆曲面图,为空间机构研究和机器人设计提供了理论基础.     

6R焊接机器人逆解算法与焊接轨迹误差分析

为了提高6R焊接机器人的位姿精度和焊接轨迹的准确度,提出了一种基于RBF神经网络的6R焊接机器人逆运动学求解方法。针对6R焊接机器人逆运动学方程组具有高维、非线性、求解复杂的特点,基于RBF神经网络建立运动学逆解预测模型,采用尺度空间理论对焊接机器人的位姿参数样本所在的工作空间进行分区,采用均匀设计法和模糊聚类理论对分区后的训练样本进行优选,并根据Z-Y-Z坐标转换原理进行转换和归一化处理,将逆运动学求解问题转换为基于RBF的6输入6输出预测系统。运用该系统对6R焊接机器人进行了复杂焊接轨迹仿真和点焊实验,并与基于组合优化迭代法和BP神经网络的逆运动学求解效果与焊接精度进行了比较,结果表明,基于RBF的6R焊接机器人运动学逆解预测模型具有求解简单、精度高、便于轨迹规划的特点,证明了该方法的可行性和有效性。     

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。