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基于唯一域方法的机器人逆向运动学求解

农业机械学报 2019年第10期50卷 386-394页

作者：李光肖帆杨加超章晓峰马祺杰湖南工业大学机械工程学院

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... 详细信息

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10-6mm数量级。

关键词：工业机器人唯一域逆运动学解雅可比矩阵 CMA-ES算法

改进CMA-ES算法及其在7自由度仿人臂逆运动学求解中的应用

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机械科学与技术 2020年第6期39卷 844-851页

作者：肖帆李光杨加超章晓峰马祺杰袁鹰湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007 娄底技师学院湖南娄底417000

提出一种改进的CMA-ES算法:将原算法随机生成初始均值点,改为由佳点集中优秀个体加权求和得到;增加越界敏感因子和步长缩放系数,用于新个体存在越界行为时,修正步长更新。以7自由度仿人臂为例,用改进的CMA-ES算法求逆运动学解,结果表明... 详细信息

提出一种改进的CMA-ES算法:将原算法随机生成初始均值点,改为由佳点集中优秀个体加权求和得到;增加越界敏感因子和步长缩放系数,用于新个体存在越界行为时,修正步长更新。以7自由度仿人臂为例,用改进的CMA-ES算法求逆运动学解,结果表明改进的CMA-ES算法可实时、高精度地求解:在点对点运动中,改进的算法单次求解时间约为9.7 ms,适应度函数稳定在10^-8级别;在工作空间的连续轨迹中,位置跟踪误差稳定在10^-5 mm级别,单次平均求解时间约为14.1 ms。

关键词： CMA-ES 7自由度仿人臂逆运动学实时高精度

基于残差BP神经网络的6自由度机器人视觉标定

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农业机械学报 2021年第4期52卷 366-374页

作者：李光章晓峰杨加超马祺杰湖南工业大学机械工程学院株洲412007

基于视觉伺服控制的机器人手眼标定和逆运动学求解一直是视觉伺服领域的核心问题。随着应用场景的逐渐复杂,传统手眼标定方法已无法满足需求;随着网络深度的增加,单一BP神经网络逆运动学求解算法的误差趋于饱和甚至变大,无法进一步提升... 详细信息

基于视觉伺服控制的机器人手眼标定和逆运动学求解一直是视觉伺服领域的核心问题。随着应用场景的逐渐复杂,传统手眼标定方法已无法满足需求;随着网络深度的增加,单一BP神经网络逆运动学求解算法的误差趋于饱和甚至变大,无法进一步提升网络性能。针对以上问题,本文将手眼标定和逆运动学求解融合为拟合目标图像坐标到机器人各关节角之间的映射关系问题,提出了一种残差BP神经网络算法。使用多个残差网络模块的方式加深BP神经网络的深度,残差模块的输入信息可以在网络内跨层传输,较好地解决了因深度增加网络模型容易产生梯度消失而无法提升网络性能的问题;通过6自由度机器人雅可比方程对逆运动学解的空间进行划分,确定了8个独立的区域,基于独立区域方法对训练数据进行处理,从而避免了多自由度机器人逆运动学多解对网络学习的影响,网络训练精度提升了2个数量级,训练速度提高了2倍。在REBot-V-6R型6自由度机器人输送线分拣系统中进行二维平面抓取和三维实物抓取实验,实验结果验证了该方法的准确性。结果表明,该方法比1层BP神经网络、3层BP神经网络、5层BP神经网络的训练精度分别提高了4个数量级、2个数量级、5个数量级,测试精度提高2个数量级;与传统标定方法相比,本文方法节约了逆运动学求解过程的计算成本,抓取位姿精度提高了1个数量级。

关键词： 6自由度机器人 BP神经网络残差网络手眼标定视觉伺服逆运动学

基于数据挖掘和网络药理学探析裴正学教授治疗急性髓系白血病的用药规律及机制

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基于数据挖掘和网络药理学探析裴正学教授治疗急性髓系白血病的用...

作者：马祺甘肃中医药大学

学位级别：硕士

几何分域的多模块神经网络求解平面3R机械手逆运动学

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湖南工业大学学报 2020年第1期34卷 58-64页

作者：马祺杰倪正顺李光肖帆湖南工业大学机械工程学院

针对神经网络求机器人逆运动学多解时输入与输出间存在一对多的映射问题,提出一种基于几何分域的多模块神经网络求解平面3R机械手逆运动学方法。该方法通过将连杆分离-重新组合的方式进行几何分析,将平面3R机械手分为两组具有多解的子空... 详细信息

针对神经网络求机器人逆运动学多解时输入与输出间存在一对多的映射问题,提出一种基于几何分域的多模块神经网络求解平面3R机械手逆运动学方法。该方法通过将连杆分离-重新组合的方式进行几何分析,将平面3R机械手分为两组具有多解的子空间,同时增加末端执行器方位角的规划,使得用于两个子空间训练的BP神经网络中,输入与输出间具有唯一映射关系。用训练好的两个BP神经网络分别对同一段规划好的圆形轨迹进行预测,得到的两段预测轨迹平滑且与规划轨迹基本一致,这一结果表明,所提方法可以获得平面3R机械手高精度的逆运动学多解。

关键词：逆运动学多解 BP神经网络几何分域平面3R机械手

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北朝时期东北民族交往交流交融内在逻辑探析

山东社会科学 2024年第3期 80-88页

作者：马业杰辽宁大学历史学院

北朝时期,东北诸民族经过重组、发展与交融,其分布格局以及民族构成发生重大变化,是中华民族交往交流交融的重要组成部分。这一时期,东北诸民族的交往交流交融之所以能取得如此显著的成绩,自有其发展的内在逻辑。首先,东北诸民族的地理... 详细信息

北朝时期,东北诸民族经过重组、发展与交融,其分布格局以及民族构成发生重大变化,是中华民族交往交流交融的重要组成部分。这一时期,东北诸民族的交往交流交融之所以能取得如此显著的成绩,自有其发展的内在逻辑。首先,东北诸民族的地理环境与气候特征促成了各民族间的交往与交流;其次,东北诸民族经济模式的转变以及交通网络的完善使得农耕、渔猎及游牧各民族在经济上形成相依与互补的关系;再次,军事征讨与合作使得东北地区诸民族间的关系更加紧密,利益驱使导致军事行动与政治依附成为东北诸民族交往交流交融的催化剂;最后,多元文化的双向发展使东北诸民族的文化向心力不断增强,持续推动东北诸民族间的交往交流交融。

关键词：北朝东北民族民族交往交流交融内在逻辑中华民族共同体

一种基于旋量理论的机器人关节结构误差对其精度影响的分析方法

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湖南工业大学学报 2020年第5期34卷 26-32页

作者：杨加超李光章晓峰马祺杰肖帆湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

为提高工业机器人的定位精度,应用旋量理论,提出了一种分析关节误差源对机器人精度影响的分析方法。该方法通过分析机器臂关节两轴线在不同几何误差作用下的空间位置关系,将关节误差表示成旋量的形式,结合POE公式,给出了包含关节误差的... 详细信息

为提高工业机器人的定位精度,应用旋量理论,提出了一种分析关节误差源对机器人精度影响的分析方法。该方法通过分析机器臂关节两轴线在不同几何误差作用下的空间位置关系,将关节误差表示成旋量的形式,结合POE公式,给出了包含关节误差的机器人正向运动学显式表达式,并以一个三关节机械臂为例,用Adams仿真验证了该方法的正确性。

关键词：工业机器人精度分析旋量 POE公式

基于sEMG的下肢连续运动切换态实时识别方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 165-174页

作者：石欣敖钰民范智瑞余可祺秦鹏杰重庆大学自动化学院重庆400044 中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055

在外骨骼与人进行自然人机交互(HRI)过程中,准确快速地识别下肢连续运动中的切换态至关重要。切换态sEMG信号即包含切换前后运动信息,又包含切换的瞬态信息,难以直接用于识别。为了快速准确地识别切换态,本文提出了FMICMD-LACNN的实时... 详细信息

在外骨骼与人进行自然人机交互(HRI)过程中,准确快速地识别下肢连续运动中的切换态至关重要。切换态sEMG信号即包含切换前后运动信息,又包含切换的瞬态信息,难以直接用于识别。为了快速准确地识别切换态,本文提出了FMICMD-LACNN的实时识别方法。提出了自适应多分量瞬时频率估计方法来提升多元本征线性调频模态分解(MICMD)计算效率,提出了分量能量惩罚因子提高MICMD分解精度,从而形成了快速多元本征调频模态分解(FMICMD)算法。针对FMICMD分解后sEMG信号,构建了LACNN识别模型,实现了快速且准确的切换态识别。本研究采集了10名受试者8种常见下肢连续运动切换态下的sEMG信号进行实验验证。结果表明,对于这8种切换态,该方法平均识别准确率为98.35%,平均识别时间仅约8 ms,均优于CNN-LSTM、E2CNN以及CNN-BiLSTM方法。该方法具有较高的准确率和实时性,能够满足外骨骼与人体快速自然交互的需求。

关键词：运动意图识别表面肌电信号 MICMD CNN

基于BP神经网络的包装分拣机器人视觉标定算法

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包装学报 2019年第4期11卷 74-81页

作者：章晓峰李光肖帆杨家超马祺杰湖南工业大学机械工程学院

手眼标定确定了机器人基座坐标系和摄像机坐标系之间的非线性映射关系,在视觉伺服中起着重要作用。针对视觉伺服控制系统中的手眼标定问题,基于机器人工具箱和神经网络工具箱,在MATLAB/Simulink环境下,使用误差反向传播(BP)神经网络算... 详细信息

手眼标定确定了机器人基座坐标系和摄像机坐标系之间的非线性映射关系,在视觉伺服中起着重要作用。针对视觉伺服控制系统中的手眼标定问题,基于机器人工具箱和神经网络工具箱,在MATLAB/Simulink环境下,使用误差反向传播(BP)神经网络算法和径向基(RBF)神经网络算法进行仿真,拟合了6自由度分拣机器人和单目摄像机之间的映射关系,通过仿真结果分析了两种算法的精度。此外,在同一实验条件下使用BP神经网络与张氏法对机械臂进行手眼标定,通过在机械臂实际工作空间内抓取同一组随机取样本点进行实验,并对比随机样本点的抓取精度。仿真和实验结果表明BP神经网络在标定精度上优于RBF神经网络算法和张氏标定法,能够在实际应用中提高手眼标定的精确度,具有一定的工程意义。

关键词： BP神经网络 RBF神经网络手眼标定视觉伺服机械臂