自新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来,工业机械臂已成为制造业中“减人不减效”的抗疫战争中的设备关键,而运动学逆解是机械臂进行工作轨迹规划及优化工作效率的理论前提。相比Denavit-Hartenberg法,旋量理论法求解效率较高,且以得到学界业内的大量应用。但旋量理论法的逆解基础Paden-Kahan子问题,只能解决特定的自由度较低串联机构的逆解问题,具备一定局限性。这里在Paden-Kahan第二子问题的基础上,提出了其第二子问题的一种新的扩展问题,实现了对其经典问题进行补充。最后以ABB IRB2600型机器臂作为验证对象,并验证了其有效性。

针对连续型机械臂逆运动学难以求解问题,这里研究了一种面向线驱动三段九自由度连续型机械臂的逆运动学求解方法,利用分段常曲率的方法建立连续型机械臂的运动学模型,在此模型基础上提出了能够有效求解连续型机械臂逆运动学的算法。通过文中提出的逆运动学算法,能够在连续型机械臂的工作空间内实现点对点的逆运动学快速求解,从而实现连续型机械臂在空间指定轨迹的运动。最后,利用连续型机械臂直线运动仿真和圆弧运动仿真验证了所提算法的有效性,算法能够实现连续型机械臂在工作空间中的逆运动学求解。

为实现在作业过程中的钻臂自动定位,对智能锚注一体台车钻臂运动学进行研究。以钻臂机械结构为依据,运用D-H方法建立了8自由度钻臂的运动学方程。基于蒙特卡洛法分析钻臂的可达工作空间,在MATLAB中仿真出钻臂的工作空间云图和投影图。根据钻臂的结构特点和关节运动范围提出了一种钻臂运动学逆解算法。针对大断面隧道锚杆作业过程,在台车理想状态和倾斜状态下对钻臂运动学逆解算法进行验证。结果表明(1)智能锚注一体台车钻臂可达工作空间可以满足大部分隧道施工使用需求;(2)钻臂逆运动学算法计算效率高,在台车理想状态和倾斜状态下均表现良好。

为了保证踝关节康复训练的效果和安全性,设计了一种基于3-UPRU/S并联构型的踝关节康复机构及其脚部固定与快放组件,并对其运动性能与训练规划进行了研究。考虑到踝关节生理回转中心与机构转动中心不重合的影响,应用Adams软件建立了康复机构的脚踝虚拟模型,并利用角速度规划的方法对S型与T型角速度曲线进行优化,得到了一种更优的训练规划;通过逆运动学仿真,得到机构各促动器的位移数据,并使用样条拟合确定了各促动器的驱动函数;通过原理样机试验,进行了实际工作角度与训练规划的验证。结果表明,优化后该康复机构1个周期内增加了约12%的匀速训练时间,并减少了约47%的角速度波动;该训练规划能够提高踝关节康复的效果以及安全性。

提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行。基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度。用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形。由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构用于不规则曲面雕刻机的应用实例。实验研究表明,该机构可以满足雕刻的需求。

以五自由度机械臂为研究对象,建立D-H数学模型,探究几何法与代数法求关节角的过程,使用五次多项式插值的运动轨迹规划算法。通过建立仿真模型验证了运动学求解方法与轨迹规划算法的有效性。采用一种基于机械臂几何模型的逆运动学分析方法,设计OpenMV摄像头的图像识别与处理算法来精准定位目标物,并将目标物的位姿发送给主控系统,实现五自由度机械臂自主抓取目标物的功能。以乒乓球为抓取目标进行实验验证,结果表明:此设计能精准定位目标物,完成有效抓取,控制性能稳定、可靠。

针对6DOF工业机器人逆运动学求解存在计算量大、通用性差、有奇异性等问题,提出一种基于思维进化算法(MEA)优化BP神经网络的工业机器人逆运动学求解方法。在机器人工作范围内,随机生成若干组关节角度值,通过正运动学方程获得机器人末端连杆位置和姿态,以末端连杆位置和姿态作为模型输入,关节角度作为模型输出,通过对样本数据的训练确定模型参数。使用该模型进行机器人逆运动学求解,并与传统的基于BP和RBF神经网络的求解方法进行比较,结果表明:该求解方法精度高、泛化能力强。

六足机器人因其运动灵活、承载能力强和稳定性好等优点得到广泛的应用。为对六足爬壁机器人运动进行控制,首先要建立其运动学模型。因基于旋量理论的建模方法能够简化运动学计算过程的复杂性,基于旋量理论建立了六足爬壁机器人正运动学模型,并在此基础上求解机器人逆运动学。同时为了对比分析所建模型的准确性,我们在ADMAS上建立机器人虚拟样机仿真模型,并且设计步态,使虚拟样机末端执行器按照预定的轨迹运动。其次在MATLAB软件下根据建立的逆运动学模型求解机器人末端执行器按预定轨迹运动时各关节转动角度。通过对比两个模型各关节转动角度随时间变化的曲线,以及各关节角度误差和末端位移误差来验证建立的机器人运动学模型的正确性。研究结果表明,基于旋量理论建立的六足爬壁机器人的运动学模型精度高,能够作为多足机器人研...

针对3-PRS+2P混联机构进行了运动学分析,运用几何法与坐标变换相结合的方法建立了该机构的逆运动学方程,并求出该机构的逆运动学解析解。将求刀位点位姿转化为求动平台三顶点坐标的方式,建立该机构的正运动学模型,同时采用双参数数值延拓同伦算法求出正运动学的数值解。基于Maple计算出逆解的解析表达式,解的结构简明且易于编程,基于Matlab编程实现正解迭代过程,数值解达到精度要求。运用UG与Matlab的联合建模、计算与仿真的方式验证了正逆解的正确性。

该机构由动平台、静平台、上折页、下折页和作动器构成，动平台与上折页以球副连接，上下折页、下折页与静平台、作动器与静平台以及作动器与上折页以转动副连接。其中上下折页和作动器组成一组支链，支链内部也形成闭环，且由三组对称的支链构成这种折页式三自由度并联机构。为了获得该并联机构的运动学参数变化和奇异性，运用支链坐标系的方法，对该机构的每一个构件都做了详细的运动学分析，并且获得了该系统的雅克比矩阵和各构件的运动学参数。通过对雅可比矩阵的分析，获得了该机构的奇异空间。