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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:78
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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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一种求解冗余机械臂逆运动学的优化方法 被引量:38
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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BP神经网络的冗余机械臂逆运动学分析 被引量:32
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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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七自由度冗余机械臂避障控制 被引量:28
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作者 姜力 周扬 +1 位作者 孙奎 刘宏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1795-1802,共8页
基于冗余机械臂零空间的自运动特性,提出了一种新的七自由度冗余机械臂避障控制方法。该方法引入臂平面和避障面来参数化表达冗余机械臂的零空间运动;基于这种描述,利用人工势场法实现碰撞检测;根据检测结果得出的虚拟排斥力推导零空间... 基于冗余机械臂零空间的自运动特性,提出了一种新的七自由度冗余机械臂避障控制方法。该方法引入臂平面和避障面来参数化表达冗余机械臂的零空间运动;基于这种描述,利用人工势场法实现碰撞检测;根据检测结果得出的虚拟排斥力推导零空间运动方程,改进具有位置内环的逆动力学控制方法,使机械臂避障时的动态性能具有类似质量-阻尼系统的物理特性。该方法可以在控制末端执行器运动的同时实现冗余机械臂避障。为了验证所提出方法的性能,利用在轨自维护实验平台完成了实验。实验结果表明,机械臂与障碍物的最近距离大于40mm,末端执行器位置动态误差小于10mm,稳态误差小于2mm。这些结果显示,所提出的方法通过合理地自运动行为实现了冗余机械臂的避障控制,而且在避障过程中不影响末端执行器的操作。 展开更多
关键词 自运动 冗余机械臂 避障 动力学控制
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基于解析法和遗传算法的机械手运动学逆解 被引量:22
5
作者 董云 杨涛 李文 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2012年第3期239-243,共5页
研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,... 研究优化机械手轨迹规划问题,机械手运动时要具有稳定性避障性能。针对平面3自由度冗余机械手优化控制问题,建立机械手的结构模型。提出用解析法和遗传算法相结合满足具有计算量小和适应性强的特点。在给定机械手末端执行器的运动轨迹,按着机械手冗余自由度,运动轨迹上每个点对应的关节角有无穷多个解。而通过算法可以找到一组最优的关节角,可得到优化机械手运动过程中柔顺性和避障点。仿真结果表明,该算法可以快速收敛到全局最优解,可用于计算冗余机械手运动学逆解,并可实现机器人的轨迹规划和避障优化控制。 展开更多
关键词 冗余机械手 逆运动学 解析法 遗传算法 轨迹规划 避障
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七自由度机械臂的ADAMS/MATLAB联合仿真研究 被引量:21
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作者 陈罡 周奇才 +1 位作者 吴菁 严楠 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期99-106,共8页
为了研究冗余机械臂多关节耦合作用对机械臂控制的影响,采用Solid Works建立了7自由度机械臂三维模型,基于ADAMS与MATLAB对其进行联合仿真。采用分布式控制设计思想,设计了单关节的Proportional-Differential伺服控制方案,得到了7自由... 为了研究冗余机械臂多关节耦合作用对机械臂控制的影响,采用Solid Works建立了7自由度机械臂三维模型,基于ADAMS与MATLAB对其进行联合仿真。采用分布式控制设计思想,设计了单关节的Proportional-Differential伺服控制方案,得到了7自由度机械臂各关节同步协调运动下的动态响应曲线,对实际工作中的外部环境干扰下的末端执行器进行仿真验证。结果表明各关节及末端执行器动态响应良好,验证了控制器及参数设计的合理性,进一步证明该方法可行、有效、实用,为冗余机械臂的后续控制研究提供了理论依据和试验基础。 展开更多
关键词 冗余机械臂 ADAMS MATLAB 联合仿真 耦合
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冗余仿人臂避关节物理约束的一种逆运动学问题求解方法 被引量:18
7
作者 任子武 朱秋国 熊蓉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第19期58-65,共8页
冗余仿人臂有无穷多组逆运动学解满足末端位姿要求,但由于其连杆机构与形状的设计仿人臂每个自由度都有关节位置物理约束。为使所求取的逆运动学解最大化地远离仿人臂关节限位,提出冗余仿人臂(8-DOF)一种几何-数值迭代相结合求解逆运动... 冗余仿人臂有无穷多组逆运动学解满足末端位姿要求,但由于其连杆机构与形状的设计仿人臂每个自由度都有关节位置物理约束。为使所求取的逆运动学解最大化地远离仿人臂关节限位,提出冗余仿人臂(8-DOF)一种几何-数值迭代相结合求解逆运动学问题方法,该方法在计算出仿人臂逆运动学解几何表达式基础上,以仿人臂的'远离限位度'指标构建适应度函数并以此为寻优目标,通过粒子群优化方法(Particle swarm optimization,PSO)搜索冗余关节角最优组合,并获得满足仿人臂末端位姿要求的最优逆运动学解。该方法不仅解决了冗余仿人臂逆运动学多解问题,而且所求关节角不存在理论误差、求解速度快及所求关节角远离关节位置限位裕量大的优点,仿真试验验证了该方法有效性。 展开更多
关键词 冗余仿人臂 逆运动学 几何法 数值迭代 远离限位度
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基于改进粒子群优化算法的冗余机械臂逆运动学求解 被引量:16
8
作者 石建平 刘鹏 陈冬云 《机械传动》 北大核心 2021年第2期69-75,共7页
以末端执行器的位姿误差最小为优化目标,将机器人的逆运动学问题转换为一个等效的最优化问题,并利用提出的改进粒子群优化算法对该问题进行求解。该算法从粒子群的初始化、惯性权重调整策略、差分变异进化及搜索空间的越界处理等多方面... 以末端执行器的位姿误差最小为优化目标,将机器人的逆运动学问题转换为一个等效的最优化问题,并利用提出的改进粒子群优化算法对该问题进行求解。该算法从粒子群的初始化、惯性权重调整策略、差分变异进化及搜索空间的越界处理等多方面对标准粒子群优化算法进行综合改进,同时构建了以粒子群进化和差分变异进化为基础的两阶段混合协同进化机制,达到了有效平衡算法全局探索能力与局部开发能力的目的,提高了算法的收敛精度和收敛速度。以平面冗余机械臂和7自由度冗余机械臂的运动学逆解运算为例,将提出算法与对比算法用于逆运动学问题的求解。仿真结果表明,与对比算法比较,该算法具有更高的收敛精度、更快的收敛速度以及更强的寻优稳定性,能有效解决冗余机械臂的逆向运动学问题。 展开更多
关键词 冗余机械臂 逆运动学 粒子群优化算法 混沌 变异
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动态变步长果蝇算法求冗余机械臂逆运动学解 被引量:16
9
作者 李梅红 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2019年第3期50-53,共4页
提取了基于动态变步长果蝇算法求解冗余机械臂逆运动学解的新方法。动态变步长果蝇算法(DCSFOA)在果蝇算法(FOA)算法的基础上,通过适应度值对果蝇种群进行动态划分,然后两个子群按照不同的公式进行搜索步长的计算并完成位置更新,增强了... 提取了基于动态变步长果蝇算法求解冗余机械臂逆运动学解的新方法。动态变步长果蝇算法(DCSFOA)在果蝇算法(FOA)算法的基础上,通过适应度值对果蝇种群进行动态划分,然后两个子群按照不同的公式进行搜索步长的计算并完成位置更新,增强了果蝇种群的寻优能力。数值实验表明,DSCFOA算法具有较强的全局搜索能力、较快的收敛速度和稳定性,是求解冗余机械臂逆运动学解的一种有效方法。 展开更多
关键词 动态变步长 果蝇算法 冗余机械臂 逆运动学解
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偏置式冗余空间机械臂逆运动学求解的参数化方法 被引量:16
10
作者 徐文福 张金涛 +1 位作者 闫磊 王志英 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期33-39,共7页
针对肩、肘、腕均有偏置的空间站遥操作机械臂(SSRMS)型7DOF冗余机械臂,提出了逆运动学求解的关节角参数化及臂型角参数化两种方法。前者根据机械臂的臂型特征,推导以θ1、θ2、θ6、θ7中的一个作为给定参数时其他关节角的表达式,得出... 针对肩、肘、腕均有偏置的空间站遥操作机械臂(SSRMS)型7DOF冗余机械臂,提出了逆运动学求解的关节角参数化及臂型角参数化两种方法。前者根据机械臂的臂型特征,推导以θ1、θ2、θ6、θ7中的一个作为给定参数时其他关节角的表达式,得出8种可能解;后者首先构造与SSRMS型机械臂相对应的零偏置球关节—旋转关节—球关节(SRS)机械臂,然后以臂型角为参数求解SRS机械臂的逆运动学,再根据SSRMS与SRS机械臂的关系,得到SSRMS的8组逆解。仿真算例校验了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 冗余机械臂 空间机器人 逆运动学 参数化 臂型角
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冗余度双臂机器人轴孔装配的三维动态仿真与实验 被引量:13
11
作者 周军 丁希仑 陆震 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期422-427,共6页
分析了冗余度双臂机器人进行轴孔装配的运动学约束关系,设计了一种分层递阶控制结构.通过三维图形动态仿真,在冗余度双臂机器人协调控制实验平台上进行了实验.仿真和实验结果表明该方法能够顺利地完成双臂协调插孔的作业.
关键词 冗余度机器人 双臂协调 轴孔装配 松协调 分层递阶结构
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具有关节限位的7R仿人机械臂逆运动学优化 被引量:14
12
作者 霍希建 刘伊威 +2 位作者 姜力 夏晶 刘宏 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期213-220,共8页
针对7R仿人机械臂运动优化问题,建立了基于臂角参数的逆运动学封闭解,并采用解析法确定了关节限位约束下臂角参数的有效范围。此外,定义了一种新的关节位置评价函数,将避关节限位的优化指标转化为虚拟转矩。在此基础上,提出一种自寻优方... 针对7R仿人机械臂运动优化问题,建立了基于臂角参数的逆运动学封闭解,并采用解析法确定了关节限位约束下臂角参数的有效范围。此外,定义了一种新的关节位置评价函数,将避关节限位的优化指标转化为虚拟转矩。在此基础上,提出一种自寻优方法,用于解决机械臂避关节限位的运动优化问题。仿真结果表明:本文方法能准确地确定臂角的有效范围,同时能快速有效地完成机械臂运动学优化任务。 展开更多
关键词 自动控制技术 冗余自由度机械臂 封闭解 有效臂角 自寻优方法
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针对关节限位优化的7自由度机械臂逆运动学解法 被引量:14
13
作者 胡奎 张继文 +1 位作者 董云飞 吴丹 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1007-1015,共9页
为解决机械臂运行过程中避让关节限位的问题,该文以S-R-S构型的7自由度机械臂为对象,提出了一种机械臂逆运动学优化算法。首先,引入臂角变量,推导得到含臂角变量的逆运动学封闭解,并在此基础上,将关节限位和臂角可行范围进行映射;其次,... 为解决机械臂运行过程中避让关节限位的问题,该文以S-R-S构型的7自由度机械臂为对象,提出了一种机械臂逆运动学优化算法。首先,引入臂角变量,推导得到含臂角变量的逆运动学封闭解,并在此基础上,将关节限位和臂角可行范围进行映射;其次,定义一种包含权重函数的避限位优化目标函数,其中权重函数取值与关节实际位置有关;最后,通过线性展开方法简化臂角与关节位置的关系式,从而将原有复杂形式的优化目标函数简化为二次函数,结合求得的臂角可行范围完成优化求解,实现关节避限位。计算结果表明:该算法可以有效避让关节限位,且直观、简单、运算效率较高,可以进行实时运算。 展开更多
关键词 冗余机械臂 逆运动学 避限位 7自由度
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空间冗余机械臂路径规划方法研究 被引量:14
14
作者 齐志刚 黄攀峰 +1 位作者 刘正雄 韩冬 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1103-1110,共8页
针对空间站遥操作7DOF冗余机械臂路径规划的安全性、可靠性问题,提出了基于臂型角逆运动学的优化A*路径规划算法.本文根据臂型角参数化完善了逆运动学方法,得到了32组完备逆解集,增加了路径规划时逆解选择的灵活性;通过臂型角搜索和最... 针对空间站遥操作7DOF冗余机械臂路径规划的安全性、可靠性问题,提出了基于臂型角逆运动学的优化A*路径规划算法.本文根据臂型角参数化完善了逆运动学方法,得到了32组完备逆解集,增加了路径规划时逆解选择的灵活性;通过臂型角搜索和最小奇异值优化A*路径规划算法,提高机械臂避障、避奇异能力,机械臂操作的灵活性和路径的安全可靠性;同时根据路径优化策略,有效平滑了路径,减少了机械臂的磨损.仿真结果说明了该方法的有效性. 展开更多
关键词 冗余机械臂 臂型角 逆运动学 A*路径规划算法
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Self-adapting control parameters modifieddifferential evolution for trajectoryplanning of manipulators 被引量:12
15
作者 Lianghong WU Yaonan WANG Shaowu ZHOU 《控制理论与应用(英文版)》 EI 2007年第4期365-373,共9页
Control parameters of original differential evolution (DE) are kept fixed throughout the entire evolutionary process. However, it is not an easy task to properly set control parameters in DE for different optiinizat... Control parameters of original differential evolution (DE) are kept fixed throughout the entire evolutionary process. However, it is not an easy task to properly set control parameters in DE for different optiinization problems. According to the relative position of two different individual vectors selected to generate a difference vector in the searching place, a self-adapting strategy for the scale factor F of the difference vector is proposed. In terms of the convergence status of the target vector in the current population, a self-adapting crossover probability constant CR strategy is proposed. Therefore, good target vectors have a lower CFI while worse target vectors have a large CFI. At the same time, the mutation operator is modified to improve the convergence speed. The performance of these proposed approaches are studied with the use of some benchmark problems and applied to the trajectory planning of a three-joint redundant manipulator. Finally, the experiment results show that the proposed approaches can greatly improve robustness and convergence speed. 展开更多
关键词 Self-adapting control parameters Differential evolution redundant manipulator Trajectory planning
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冗余驱动的并联机器人性能分析 被引量:8
16
作者 蔡胜利 白师贤 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 1996年第2期235-238,共4页
提出了带冗余驱动器的三腿并联机器人的两种结构,介绍了它们的性能特点,基于动力学方程分析了它们对于不同的优化目标和不同的约束条件的输入力最优化问题.结果表明,冗余驱动可显著提高机器人的力传递能力。
关键词 冗余驱动 并联机器人 最优化 机器人
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采用RBF神经网络滑模控制的冗余机械臂避障研究 被引量:12
17
作者 熊志金 王春燕 《中国工程机械学报》 北大核心 2020年第3期205-209,共5页
机械臂在有障碍物运动的环境中工作,其运动轨迹跟踪容易受到干扰,导致跟踪误差较大。对此,建立了机械臂动力学模型,推导了机械臂关节运动速度和加速度方程式,添加了机械臂运动约束关系式。引用滑模控制器,采用RBF神经网络算法对滑模控... 机械臂在有障碍物运动的环境中工作,其运动轨迹跟踪容易受到干扰,导致跟踪误差较大。对此,建立了机械臂动力学模型,推导了机械臂关节运动速度和加速度方程式,添加了机械臂运动约束关系式。引用滑模控制器,采用RBF神经网络算法对滑模控制器输出误差进行逼近,将RBF神经网络滑模控制器用于控制冗余机械臂运动轨迹,并与滑模控制器的跟踪效果进行对比分析。结果显示:在有障碍物运动的环境中,采用滑模控制器,机械臂容易受到障碍物移动的干扰,其跟踪误差较大;采用RBF神经网络滑模控制器,机械臂能够避免障碍物移动的干扰,其跟踪误差较小。采用RBF神经网络滑模控制器,不仅可以使机械臂成功躲避障碍物,而且提高控制系统的输出精度和运动的稳定性。 展开更多
关键词 冗余机械臂 RBF神经网络 滑模控制 避障 仿真
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基于伪距离的冗余机器人避障算法 被引量:12
18
作者 万俊 姚佳烽 +2 位作者 余亮 张良安 吴洪涛 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第17期59-70,共12页
针对冗余机器人避障问题,提出一种基于伪距离且无需主从任务转换的冗余机器人避障算法。采用具有解析式的伪距离算法计算机器人与障碍物之间的接近程度,通过分析伪距离与欧式距离换算关系求取机器人与障碍物之间最小欧式距离,从而提高... 针对冗余机器人避障问题,提出一种基于伪距离且无需主从任务转换的冗余机器人避障算法。采用具有解析式的伪距离算法计算机器人与障碍物之间的接近程度,通过分析伪距离与欧式距离换算关系求取机器人与障碍物之间最小欧式距离,从而提高冗余机器人与障碍物之间的最小欧式距离求解效率。基于最小伪距离判别指标,在机器人末端轨迹上赋予末端沿最小距离方向避障速度实现末端避障。在零空间避障问题求解中提出一种自适应阻尼控制方法,产生虚拟排斥力使机器人连杆远离障碍物,并自适应调整阻尼增益参数响应避障速度。通过七自由度冗余机器人的仿真和试验验证了该算法的高效性和有效性。仿真结果表明,该算法提出的末端避障方法避免了传统的主从任务转换避障算法在任务切换时所引起的末端振荡且缩短了避障时间,同时该算法提出的零空间避障方法能够在低误差跟踪末端期望轨迹下避免机器人连杆与障碍物相碰撞。试验结果表明,该算法能够完成多障碍物避障,验证了该算法的末端避障方法和零空间避障方法的正确性。 展开更多
关键词 冗余机器人 伪距离 末端避障 零空间避障
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基于碰撞反馈的冗余机器人避障规划算法 被引量:11
19
作者 李亚昕 王国磊 +3 位作者 张剑辉 田鑫亮 安静 陈恳 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期408-415,共8页
针对复杂封闭类管道零件喷涂过程中避障的需求,该文提出了一种基于碰撞反馈的冗余机械臂避障算法,该算法利用投影相交法进行碰撞检测,将碰撞类型分为可规避碰撞及不可规避碰撞两类:针对可规避碰撞,提出了关节权值动态调整算法,通过加强... 针对复杂封闭类管道零件喷涂过程中避障的需求,该文提出了一种基于碰撞反馈的冗余机械臂避障算法,该算法利用投影相交法进行碰撞检测,将碰撞类型分为可规避碰撞及不可规避碰撞两类:针对可规避碰撞,提出了关节权值动态调整算法,通过加强对碰撞关节的运动限制,同时放宽对其他关节的约束,实现自运动优化避障;针对不可规避碰撞,提出了基于"杠杆原理"的调整方法,通过调整目标点的姿态实现避障。最后,通过设计关节加速度的优化函数对轨迹进行优化以减少机器人的冲击惯性。通过仿真实验,验证了上述算法的可行性。 展开更多
关键词 冗余机械臂 自运动 梯度投影法 避障 喷涂工艺
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自适应粒子群算法求冗余机械臂逆运动学解 被引量:12
20
作者 朱经纬 方虎生 +1 位作者 邵发明 蒋成明 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第14期215-220,共6页
以正向运动学方程为基础,冗余机械臂逆运动学解问题转换为等效最小值问题,提出一种自适应粒子群算法求解该问题。为了保持粒子群的活力,在算法内引入弹射操作。如果粒子满足设定自适应判别函数,粒子将按概率被从当前位置发射到较远区域... 以正向运动学方程为基础,冗余机械臂逆运动学解问题转换为等效最小值问题,提出一种自适应粒子群算法求解该问题。为了保持粒子群的活力,在算法内引入弹射操作。如果粒子满足设定自适应判别函数,粒子将按概率被从当前位置发射到较远区域。为了配合弹射操作,提出一种新的粒子优劣的判断机制,使得粒子可以被弹射飞出可行域。数值实验表明,算法具有较强的全局搜索能力和较快的搜索速度,是求解冗余机械臂逆运动学解的一种有效方法。 展开更多
关键词 冗余机械臂 逆运动学 粒子群算法 自适应判别函数 弹射
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