针对七自由度冗余度机械臂逆运动学求解问题,提出一种求解逆运动学的新方法。采用闭环模型建模的多维序列处理方法,将无迹卡尔曼滤波算法作为递推算法对机械臂实时状态进行估计,输入向量由前向模型的输入序列和反馈模型中的测量输出序列组成,建立具有闭环框架的七自由度冗余机械手逆运动学的状态空间模型,降低了计算的复杂度。与传统雅可比矩阵的伪逆计算方法对比分析,结果表明所提方法具有较高的位置误差精度和计算效率,在末端执行器的轨迹中加入噪声,显示所提方法具有较好的收敛性能,通过实验表明该方法具有一定的通用性和可靠性。

六自由度轴耦合道路模拟试验台是一种结构复杂的串并联结构,杆系的特殊布局和结构尺寸设计,使得只有在一个或者是两个液压缸做主动运动时就能实现台架在某个自由度上的运动。但是在大行程工况下,主要驱动液压缸和其余液压缸之间存在着比较大的耦合。以轴耦合道路模拟试验台的一个角为研究对象,在逆运动学分析的基础上,对单自由度运动时各杆系之间耦合程度的大小进行了分析,得出了在不同自由度运动时主要产生耦合运动的杆系。

传统6轴机器人的逆运动学求解需要位置信息和姿态信息,针对物体姿态识别困难和不确定性大的问题,提出了一种根据物体位置信息的6轴机器人姿态求解算法。基于机器人灵活性的概念,建立机器人第5轴的服务球模型,离散化机器人末端位置点,得到服务球面上的一系列离散点。在机器人共形几何的基础上,研究离散点与机器人关节角的映射关系,得出机器人在某一空间位置点的姿态集合。根据机器人奇异性、关节避限和关节连续性的综合准则,从姿态集合中选取一组最佳的机器人姿态。在笛卡尔坐标系下进行不同位置点的插补,通过求解不同插补点的姿态,实现机器人不同位置点间的连续运动。结果表明,根据物体的三维坐标信息,可以完成6轴机器人的逆运动学计算,并且计算速度快、准确性高,简化了物体的姿态识别过程,提高了机器人连续作业的效率。

针对生产系统仿真软件Plant Simulation中的三维模型在运行过程中的不可控且易产生干涉的问题,以此软件中自定义导入的六轴机器人模型作为研究对象,提供了一种软件联调来优化运动的解决思路。先以标准D-H坐标变换法建立其运动坐标系并进行逆运动学求解,再借助MATLAB对运动学解析式进行编程表达,利用ActiveX接口和Plant Simulation进行数据交互,相互传递必要的数据并将MATLAB求解出的一组最优关节角值代回到Plant Simulation中,通过仿真软件的内部的参数设置、策略语言编程来实现六轴机器人模型的精确控制和驱动。实验结果表明,可以通过软件联调的方式来优化产线仿真软件中机器人的运动,能够实现避障及平稳运行的要求,仿真效果也更具有实际的参考意义。

针对一种5轴执行机构末端建立二维、三维的定位模型,使之定位到给定目标点处。采用向量积方法确定关节实际旋转角度的取值范围。二维模型中,分别旋转大臂、小臂和腕部关节点,进行二维平面定位;三维模型中,分别旋转腰部、大臂、小臂和腕部关节点,进行三维空间定位。逆运动学求解时,对大臂俯仰角度进行迭代,解出所有的有效解,并用正运动学分析方法对所有解进行验算。按照执行机构运行效率最高原则,从所有有效解中计算最优解。最后,给出二维模型和三维模型最优解的各关节点运动轨迹、各关节点角度-时间关系曲线。仿真结果表明:定位精度在毫米级,能够满足定位需求。

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统。使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节值形成闭环从而获得关节速度给定值。通过比例液压系统驱动机械臂关节,进而控制位姿变化。推导了负载敏感比例阀控液压油缸传递函数、陀螺仪姿态解算方程并对机械臂进行逆运动学分析。使用MATLAB/Simulink建立基于关节速度控制的液压驱动机械臂位姿闭环控制仿真模型,进行仿真实验,结果验证了控制方法的可行性。

逆运动学问题是冗余度机器人运动控制、轨迹规划和动力学分析的基础,也是机器人学中最重要的问题之一。以末端执行器位姿的误差最小为优化目标,建立适应度函数,将求解冗余度机械手的逆运动学问题转化为一个等价的优化问题,在优化算法的基础上通过杂交变异果蝇优化算法(HMFOA)进行冗余度机械手逆运动学问题的求解。采用嗅觉搜索杂交突变机制和视觉搜索的动态实时更新机制,有效解决果蝇优化算法(FOA)的收敛问题,并提高算法的收敛速度。为进一步验证HMFOA的有效性,在七自由度机械手上对HMFOA进行了测试,将其结果与FOA、LGMS-FOA和AE-LGMSFOA等算法进行了比较,证明HMFOA能有效地解决冗余机械手的逆运动学问题。

针对传统机床配置方式导致多轴微加工中心存在扰动刚度等问题,文章提出一种由三轴微铣和六轴旋转工作台组成的九轴数控微加工中心,工作台可以实现自由旋转、滚动和偏摆,以及三个短行程直线运动,并研究其刀具轨迹生成与控制策略,在轨迹生成策略中进行了正向运动学和逆运动学建模,并分别对微铣平移轴和旋转工作台的转动轴进行控制策略研究,最后通过仿真与实验验证了文中提出方法的有效性,所生成的参考命令在进给极限范围内,并能够保证足够的精度。

机器人的逆运动学解析解由于其精度高、求解速度快,使其在诸多逆运动学求解方法中始终占据着重要的地位。然而,对于一般的6轴工业机器人而言,解析解的不唯一性导致在一个姿态下可能对应着多组解。因此多解的选取问题是解析解所必须面临和解决的一个问题。以一种构型的6轴机器人为例,在求得其解析解的基础上,基于解析解表达式的数学特性和运动的连续性,得到了两个关键推论,在此基础上提出了一种快速的逆解选取算法,并开发了虚拟样机软件进行仿真,验证了该选取算法的有效性和时间性能。

在我国统配煤矿和新井建设中每年有大量的岩石巷道开拓与掘进工作掘进装备的自动化程度已成为制约煤矿提高生产能力的主要因素。为了提高液压钻车的自动化水平实现双臂液压钻车自动化打孔通过对其进行运动学分析基于D-H法建立了双臂液压钻车运动学方程采用分离变量法并用符号替代矩阵元素推导出了运动学方程逆解的表达式。最后在Matlab环境下通过88孔打孔方案对其正解反解的一致性进行验证结果表明了该逆解解法的正确性。