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六自由度模块化机械臂的逆运动学分析 被引量:93
1
作者 姜宏超 刘士荣 张波涛 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1348-1354,共7页
针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法... 针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划. 展开更多
关键词 模块化机械臂 正运动学 逆运动学 完整解析解
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基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解 被引量:92
2
作者 林阳 赵欢 丁汉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期1-8,共8页
几何结构不满足Pieper准则的机器人被称为一般机器人,其逆运动学运算不能采用封闭解法,而采用数值解法又需要庞大的计算量,且存在奇异位置无法求解的问题。为此,将多种群遗传算法应用于运动学逆解运算,提出一种适用于一般机器人的高精... 几何结构不满足Pieper准则的机器人被称为一般机器人,其逆运动学运算不能采用封闭解法,而采用数值解法又需要庞大的计算量,且存在奇异位置无法求解的问题。为此,将多种群遗传算法应用于运动学逆解运算,提出一种适用于一般机器人的高精度并行求逆算法。为避免机器人位姿收敛精度不同,该算法将目标函数分解为位置和姿态函数,同时引入适应度函数权值系数来平衡两函数收敛速度;为避免局部收敛,该算法采用多点交叉和均匀交叉相结合的交叉算子,并逐步增大均匀交叉概率来抑制短子串偏差,使搜索趋于稳健;为提高收敛速度,该算法采用动态变异率的变异算子,以及种群替代和个体替代相结合的移民算子来克服全局收敛的盲目性。以封闭解法和数值解法无法求逆的6R一般机械臂为对象,开展与单种群遗传算法的对比试验,结果表明:该算法可在避免局部收敛的基础上保证算法稳定性,且能够大幅提升收敛精度和速度。 展开更多
关键词 一般机器人 运动学逆解 多种群遗传算法 改进操作算子
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一种仿人机械臂的运动学逆解的几何求解方法 被引量:80
3
作者 陈鹏 刘璐 +3 位作者 余飞 李洪谊 阳方平 王雪竹 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期211-216,共6页
运用几何方法求解一种具有7个旋转自由度的仿人机械臂的运动学逆解,并运用特定的寻优指标,搜索与指定末端位姿对应的关节角空间最优解.这种解法没有理论误差并且解算速度足够快,有利于在线实时控制机械臂的运动.
关键词 逆运动学 几何法 仿人机械臂 冗余机械臂
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机械臂运动学建模及解算方法综述 被引量:59
4
作者 冷舒 吴克 居鹤华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1262-1273,共12页
以串联结构的机械臂为主要研究对象,首先调研了国内外机械臂正逆运动学建模及求解的主流方法,从数学工具、模型建立、求解手段等三个方面分析上述方法的基本原理,分析其优缺点。接着介绍了工程应用中解决机械臂运动学建模及求解问题所... 以串联结构的机械臂为主要研究对象,首先调研了国内外机械臂正逆运动学建模及求解的主流方法,从数学工具、模型建立、求解手段等三个方面分析上述方法的基本原理,分析其优缺点。接着介绍了工程应用中解决机械臂运动学建模及求解问题所用的软件库,得到了不同软件库的精度和计算效率。最后提出了机械臂运动学建模及求解中存在的重要科学问题。通过总结上述方法,为研究人员在该领域内的理论研究及工程实现提供解决思路。 展开更多
关键词 机械臂 正运动学 逆运动学 建模 计算方法
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基于改进差分进化算法的机械臂运动学逆解 被引量:45
5
作者 谢习华 范诗萌 +1 位作者 周烜亦 李智勇 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期50-57,共8页
以9自由度液压机械臂为研究对象,建立求解位姿逆解的非线性方程组.以末端执行器位姿误差最小为优化指标建立目标函数,将非线性方程求解问题转化为最优化问题,并应用差分进化(DE)算法求解该问题.首先,为了避免位置和姿态收敛精度的不同,... 以9自由度液压机械臂为研究对象,建立求解位姿逆解的非线性方程组.以末端执行器位姿误差最小为优化指标建立目标函数,将非线性方程求解问题转化为最优化问题,并应用差分进化(DE)算法求解该问题.首先,为了避免位置和姿态收敛精度的不同,引入自适应权值系数进行平衡.然后,为克服基本DE算法难以平衡全局探索能力和局部开发能力的缺陷,结合DE/rand/1/bin和DE/best/1/bin两种进化模式,改进自适应变异差分进化(SAMDE)算法,提高了算法的收敛精度和收敛速度.最后,采用对称映射法对不满足关节角边界范围的个体进行处理,提高了收敛精度.开展了与基本DE算法的对比试验,仿真结果表明,该算法的收敛精度和收敛速度优于基本差分进化算法,且能够大幅度提高算法的稳定性. 展开更多
关键词 机械臂 运动学逆解 差分进化算法 自适应变异
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悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真 被引量:42
6
作者 田劼 王苏彧 +1 位作者 穆晶 吴淼 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期2617-2622,共6页
为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐... 为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐标变换和机器人运动学相关理论建立了掘进机机身位姿和截割头相对于大地坐标系的空间位姿矩阵。采用D-H法求解了正向运动学问题即截割头空间位姿精确定位;采用代数法分析研究了逆向运动学问题即截割头轨迹规划及控制的数学模型。以EBZ200机型为例,实验仿真了类S形自下而上矩形截割断面工艺路径,并进行了现场多组试验。试验结果表明:设定巷道断面4 500 mm×4 000 mm,两帮综合最大误差为65mm,相对控制最大误差为1.4%,达到煤巷断面质量精度要求,且重复精度高、无累计偏差。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机 空间位姿坐标体系 截割头轨迹规划
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一种求解冗余机械臂逆运动学的优化方法 被引量:39
7
作者 阳方平 李洪谊 +2 位作者 王越超 陈鹏 王雪竹 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期17-21,31,共6页
基于加权最小范数法,推导出一种避免计算雅可比矩阵伪逆的优化方法.首先对加权雅可比矩阵的6维非奇异子矩阵求逆,得到逆运动学的特解和齐次解.然后用特解减去齐次解沿特解方向的分量得到运动学逆解.通过一个7自由度冗余机械臂的算例和... 基于加权最小范数法,推导出一种避免计算雅可比矩阵伪逆的优化方法.首先对加权雅可比矩阵的6维非奇异子矩阵求逆,得到逆运动学的特解和齐次解.然后用特解减去齐次解沿特解方向的分量得到运动学逆解.通过一个7自由度冗余机械臂的算例和仿真证明了方法在保证求解精度。 展开更多
关键词 加权最小范数法 冗余机械臂 逆运动学 雅可比矩阵
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基于遗传算法的机器人运动学逆解 被引量:22
8
作者 刘永超 黄玉美 +2 位作者 王效岳 张学良 高峰 《机器人》 EI CSCD 北大核心 1998年第6期421-426,共6页
在分析以往逆解方法的基础上,提出了用遗传算法求解机器人运动学逆解的方法,给出了用于优化求解的适合度函数,并提出用二次编码法提高解的精度.计算机模拟证明:该方法能快速收敛于全局最优解,能给出机器人的可能解,并能计算冗余... 在分析以往逆解方法的基础上,提出了用遗传算法求解机器人运动学逆解的方法,给出了用于优化求解的适合度函数,并提出用二次编码法提高解的精度.计算机模拟证明:该方法能快速收敛于全局最优解,能给出机器人的可能解,并能计算冗余度机器人的逆解. 展开更多
关键词 遗传算法 运动学逆解 机器人
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MOTOMAN机械手逆运动方程新的推导方法及求解 被引量:27
9
作者 王雪松 许世范 郝继飞 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期73-76,共4页
提出了一种新的推导 MOTOMAN型机器人逆运动学方程的方法 ,进而给出逆运动问题新的求解方法 .此方法不需要对机械手末端位姿进行坐标变换 ,另外在解的推导过程中避免了大量的逆矩阵相乘 ,方法简单 ,便于工业控制和仿真 .
关键词 MOTOMAN机械手 机器人逆运动学 数学模型 逆运动方程
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六自由度操作手的逆运动学问题 被引量:22
10
作者 毕诸明 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 1994年第2期92-97,共6页
本文将六自由度操作手分解为位置结构和姿态结构,利用转换矩阵法对两结构进行了详细的逆运动学分析,在此基础上建立了操作手的运动学求逆算法,与一般的迭代算法或优化算法相比较,本算法收敛速度快 ̄[1],而且能得到满足约束的全... 本文将六自由度操作手分解为位置结构和姿态结构,利用转换矩阵法对两结构进行了详细的逆运动学分析,在此基础上建立了操作手的运动学求逆算法,与一般的迭代算法或优化算法相比较,本算法收敛速度快 ̄[1],而且能得到满足约束的全部解,与解析方法相比较,它具有通用性的优点,尤其适用于机器人仿真系统中。 展开更多
关键词 操作手 逆运动学 机器人 仿真
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四自由度机械臂运动学分析及Matlab仿真 被引量:33
11
作者 潘磊 钱炜 +1 位作者 张志艳 祁秋艳 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2013年第3期421-425,共5页
针对开发的两轴平行两轴耦合特点的四自由度机械臂UsstRobot提出一种改进的代数解法,采用Denavit-Hartenberg方法建立以关节角为变量的机械臂运动学模型,运用矩阵逆乘的方法分离变量,求得了运动学正解和逆解;采用三次多项式插值的方法... 针对开发的两轴平行两轴耦合特点的四自由度机械臂UsstRobot提出一种改进的代数解法,采用Denavit-Hartenberg方法建立以关节角为变量的机械臂运动学模型,运用矩阵逆乘的方法分离变量,求得了运动学正解和逆解;采用三次多项式插值的方法对机械臂轨进行规划,将运动学解导入Matlab Robotics Tool仿真,得到各关节角度及速度,加速度与时间关系曲线。运动学解及仿真结果在机械臂实际运动中得到了验证。 展开更多
关键词 四自由度机械臂 正运动学 逆运动学 仿真
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基于BP神经网络的冗余机械臂逆运动学分析 被引量:34
12
作者 刘世平 曹俊峰 +4 位作者 孙涛 胡江波 付艳 张帅 李世其 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期2974-2977,2985,共5页
常见的七自由度冗余机械臂逆运动学解法较为繁杂,且对不同构型机械臂的逆运动学解法通用性较差。为了找到一种通用的七自由度机械臂逆运动学求解方法,建立了神经网络模型,选择了合适的激励函数、隐藏层神经元数量、神经网络层数和学习... 常见的七自由度冗余机械臂逆运动学解法较为繁杂,且对不同构型机械臂的逆运动学解法通用性较差。为了找到一种通用的七自由度机械臂逆运动学求解方法,建立了神经网络模型,选择了合适的激励函数、隐藏层神经元数量、神经网络层数和学习速率等模型参数。设计轨迹跟踪实验对神经网络模型进行验证,实验数据证明该方法有效且精度较高,是一种可行的冗余机械臂逆运动学求解方法。 展开更多
关键词 神经网络算法 七自由度 冗余机械臂 逆向运动学 精密度
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6-6并联机构封闭运动学位姿正解单解 被引量:11
13
作者 吕崇耀 熊有伦 《华中理工大学学报》 CSCD 北大核心 1999年第7期36-38,共3页
用代数法研究了6-6六自由度Stewart并联机构封闭运动学位姿正解单解.在添加了一个附加位移传感器的基础上,解得了上平台六铰接点中三个铰接点在惯性坐标系中的矢量分量,并将其直接转化为六个自由度,从而获得了6-6六自... 用代数法研究了6-6六自由度Stewart并联机构封闭运动学位姿正解单解.在添加了一个附加位移传感器的基础上,解得了上平台六铰接点中三个铰接点在惯性坐标系中的矢量分量,并将其直接转化为六个自由度,从而获得了6-6六自由度Stewart并联机构封闭运动学位姿正解单解及其存在的条件. 展开更多
关键词 并联机构 运动学位姿正解 运动学位姿反解
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基于逆运动学的虚拟人行走 被引量:17
14
作者 何凯 姜昱明 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第6期1343-1345,共3页
研究了虚拟人的行走模型和基于逆运动学的运动控制方法。首先对虚拟人的行走模型进行了分析,然后对运动学和逆运动学中的核心问题雅可比矩阵的构建及其伪逆矩阵的求解进行了探讨,最后结合关键帧技术实现了虚拟人行走运动控制的仿真系统。
关键词 虚拟人 运动控制 运动学 逆运动学
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基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解分析 被引量:23
15
作者 郑春红 焦李成 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期165-168,173,共5页
充分利用Stewart并联机器人位置反解容易获得这一特性,把较难的Stewart并联机器人位置正解问题转化为一个优化问题,考虑到遗传算法的全局优化特性,提出了基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解方法.仿真实例证明了所提方法具有很高... 充分利用Stewart并联机器人位置反解容易获得这一特性,把较难的Stewart并联机器人位置正解问题转化为一个优化问题,考虑到遗传算法的全局优化特性,提出了基于遗传算法的Stewart并联机器人位置正解方法.仿真实例证明了所提方法具有很高的计算精度,彻底克服了采用数值解法求解Stewart并联机器人位置正解时,解的精度受初值影响较大的缺点. 展开更多
关键词 遗传算法 STEWART并联机器人 位置正解 位置反解
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悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统研究 被引量:27
16
作者 杨文娟 张旭辉 +2 位作者 张超 赵建勋 马宏伟 《工矿自动化》 北大核心 2019年第9期40-46,共7页
针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法... 针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法,通过建立的悬臂式掘进机器人坐标系统及悬臂式掘进机器人运动学正问题与逆问题求解,确定轨迹规划光滑函数参数;规划好截割轨迹后,以视觉定位方法获得的悬臂式掘进机器人截割头位姿数据作为反馈量,基于反馈线性化积分滑模控制器的截割轨迹控制算法实时计算控制量,以规划轨迹点和视觉测量位姿点构建反馈控制系统,实现对悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的动态控制。实验结果表明,该系统能够实现悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的智能控制,定位精度高,稳定性好,轨迹跟踪误差小于25.61mm,可满足巷道成形质量需求。 展开更多
关键词 悬臂式掘进机器人 巷道成形 截割轨迹规划 运动学逆解 视觉定位 滑模控制器
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电缆虚拟布线及其逆运动学仿真 被引量:23
17
作者 魏发远 陈新发 王峰军 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第10期1623-1627,共5页
在产品虚拟样机中利用人机交互方法进行电缆路径规划,得到一个基于NURBS曲线的电缆几何模型,然后利用“蛇形机器人”方法建立电缆的物理模型,基于逆运动学原理计算其弯曲角度.
关键词 虚拟样机 电缆布线 安装仿真 逆运动学
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基于旋量理论的串联机器人逆解子问题求解算法 被引量:27
18
作者 陈庆诚 朱世强 +1 位作者 王宣银 张学群 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期8-14,20,共8页
为了提高串联机器人逆运动学的求解效率,明确逆解的几何意义,提出基于旋量理论的逆运动学子问题求解算法.该子问题描述为"绕3个不相交轴旋转(其中2个轴线平行,且与第3个轴异面)".以6自由度串联机器人"钱江一号"为例... 为了提高串联机器人逆运动学的求解效率,明确逆解的几何意义,提出基于旋量理论的逆运动学子问题求解算法.该子问题描述为"绕3个不相交轴旋转(其中2个轴线平行,且与第3个轴异面)".以6自由度串联机器人"钱江一号"为例,通过旋量理论及指数积(POEs)方程来建立运动学模型,给出该新型逆运动学子问题的求解方法.将整体逆运动学问题分解为该类子问题和其他已知的Paden-Kahan逆运动学子问题来联合求解.通过实例验算证明,该逆运动学子问题的求解方法高效可靠,具有明显的几何意义,能够满足机器人的强实时系统控制要求. 展开更多
关键词 串联机器人 旋量理论 指数积(POEs) 逆运动学 Paden-Kahan子问题
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MOTOMAN机器人逆运动学新分析 被引量:27
19
作者 王其军 杜建军 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期451-454,共4页
为解决机器人逆解过程中存在解被丢失、大量矩阵逆乘、多组解的问题,提出了一种新的推导MO-TOMAN机器人逆运动学的方法.在解的推导过程中,采用双变量正切函数避免了解被丢失的可能性,回避了大量的逆矩阵相乘,简化了求解过程,大大减少了... 为解决机器人逆解过程中存在解被丢失、大量矩阵逆乘、多组解的问题,提出了一种新的推导MO-TOMAN机器人逆运动学的方法.在解的推导过程中,采用双变量正切函数避免了解被丢失的可能性,回避了大量的逆矩阵相乘,简化了求解过程,大大减少了计算量,针对有多阻逆解的情况,采用"最短行程"准则,选取一组最接近于当前操作臂的解.研究成果已在深圳市元创兴科技有限公司自主研发的六自由度工业机器人中得到成功应用.实际应用结果表明本文研究的方法是正确的. 展开更多
关键词 六自由度机器人 逆运动学 解析解 最短行程
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三自由度机械手运动学分析 被引量:11
20
作者 张敏 石秀华 +1 位作者 杜向党 贾锐 《机械与电子》 2005年第1期65-67,共3页
讨论了一种 3自由度机械手运动建模的问题,利用Paul等人提出的代数解法对机械手的关节角和末端执行器坐标之间的关系进行了计算,并在此基础上对运动学逆解的计算进行了简化,减少了计算量。
关键词 机械手 运动学 正解 逆解
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