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基于速度方向可操作度的冗余机器人关节轨迹优化

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机械传动 2008年第2期32卷 13-15页

作者：陈安军马学文江南大学机械工程学院江苏无锡214122 信阳师范学院网络信息与计算中心河南信阳464000

针对冗余度机器人机构的关节轨迹优化进行研究。在机器人速度可操作椭球和方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人速度方向可操作度,以速度方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节轨迹优化的一种新的方法。与伪逆优化结果比较,... 详细信息

针对冗余度机器人机构的关节轨迹优化进行研究。在机器人速度可操作椭球和方向可操作度的基础上,定义冗余度机器人速度方向可操作度,以速度方向可操作度为性能指标,给出了冗余度机器人关节轨迹优化的一种新的方法。与伪逆优化结果比较,本文优化方法使得机器人速度方向可操作度达到期望值的时间明显减少,在给定方向上的传速性能得到显著改善。

关键词：冗余度机器人速度方向可操作度轨迹优化

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基于速度方向可操作度的双臂机器人轨迹规划

机械设计与制造 2007年第1期 112-114页

作者：汪军陈安军张宏涛江南大学机械工程学院无锡214122

在双臂机器人速度可操作度椭球的基础上,定义双臂机器人速度方向可操作度,以速度方向可操作度为性能指标,给出了双臂协调运动关节轨迹规划,理论及算例仿真分析结果表明了规划方法的可行性。

关键词：双臂机器人速度方向可操作度轨迹规划

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冗余度机器人速度方向可操作性研究

信阳师范学院学报（自然科学版） 2003年第3期16卷 273-275页

作者：陈安军李国梁谢蕾信阳师范学院网络信息与计算中心河南信阳464000

定义了冗余度机器人速度方向可操作度,确定了机器人沿指定方向的传速性能,与传统可操作度比较,具有实际应用价值,并给出算例.

关键词：冗余度机器人速度方向可操作度速度可操作椭球

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双臂机器人运动学与可操作性及其优化的研究

双臂机器人运动学与可操作性及其优化的研究

作者：汪军江南大学

学位级别：硕士

本文以单自由度转动关节连接的双臂机器人为研究对象,针对其运动学、操作性能及其优化过程进行研究。本文参考导师的研究思路,首先利用多体系统理论,推导出由单自由度转动关节构成的单臂机器人的运动学递推方程,讨论了其运动学正... 详细信息

本文以单自由度转动关节连接的双臂机器人为研究对象,针对其运动学、操作性能及其优化过程进行研究。本文参考导师的研究思路,首先利用多体系统理论,推导出由单自由度转动关节构成的单臂机器人的运动学递推方程,讨论了其运动学正问题、反问题以及雅克比矩阵的求解,在此基础之上,建立了由单自由度转动关节构成的双臂机器人协调运动的位姿约束方程、速度约束方程和加速度约束方程,解决双臂机器人操作工件协调运动的运动学正、反问题。其次,在比较分析机器人可操作度的研究的基础上,定义了机器人速度、力方向可操作度,在已知机器人操作位姿的条件下,以速度、力方向可操作度作为性能指标,度量机器人沿不同方向运动的速度、力的传递能力,并结合算例讨论平面单、双臂机器人在传速和传力性能方面的不同,理论及仿真算例表明,单、双臂机器人对操作空间的同一点处,当力传递能力强时,速度传递能力弱,双臂机器人传力能力强于单臂机器人,速度传递能力弱于单臂机器人,对操作空间不同点处,无论单、双臂机器人,其传力、传速性能均不相同。再次,利用机器人运动学逆解融合性能指标的特性,在双臂机器人运动学逆解的基础上,建立了速度、力方向可操作度指标为优化性能指标的双臂机器人关节轨迹规划方法,利用Matlab进行算例仿真,得到平面双臂冗余机器人关节位移、速度及其操作位形,理论分析和算例仿真表明,该轨迹规划方法可使双臂机器人的速度、力的传递性能迅速提高,且双臂位置的跟踪误差较小。最后,对全文的研究工作做了一个总结,指出了本文完成的工作和不足之处,对今后的继续研究提出了一些建议。

关键词：双臂机器人运动学雅克比矩阵速度方向可操作度力方向可操作度轨迹规划

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腿型跳跃机器人优化设计及实验研究

腿型跳跃机器人优化设计及实验研究

作者：孙天仕哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

腿型跳跃机器人拥有自由度数多,避险能力强,地面接触面积小等优点,这些优点使其在恶劣环境尤其是未知环境下执行复杂任务时可以更加灵活,更加安全,适用更加广泛,对腿型跳跃机器人的研究将在特种工作及国防领域产生很高的应用价值。对于... 详细信息

腿型跳跃机器人拥有自由度数多,避险能力强,地面接触面积小等优点,这些优点使其在恶劣环境尤其是未知环境下执行复杂任务时可以更加灵活,更加安全,适用更加广泛,对腿型跳跃机器人的研究将在特种工作及国防领域产生很高的应用价值。对于机器人的整个跳跃运动周期而言,起跳阶段是最关键的,该阶段的运动性能直接决定了机器人的跳跃高度和距离。本文研究了一种双关节无弹性元件的腿型跳跃机器人,在分析了典型跳跃生物运动机理之后建立出机器人机构运动模型,针对起跳阶段完成正运动学及逆运动学分析,优化机器人的结构参数,并进行了样机实验。针对腿型跳跃机器人的机构运动模型问题,由于跳跃生物生理结构的复杂性,首先分析典型跳跃生物跳跃机理,之后采用生物运动力学原理中的模型理论简化典型跳跃生物的生理结构,结合生物跳跃特性和其相似性分析,简化出机器人的机构运动模型并建立坐标系。针对腿型跳跃机器人的轨迹规划问题,首先通过正运动学分析,结合可变五次多项式得到期望的机器人质心空间轨迹,之后从机器人质心空间逆运动学的角度,与规划出的质心轨迹相结合并基于自运动控制算法,通过优化得到符合避关节极限和避奇异要求的关节运动轨迹。针对腿型跳跃机器人的结构设计问题,选取速度方向可操作度作为指标来评价跳跃机器人在起跳方向上的运动能力,并分析了所选指标与各部分结构参数之间的关系,最后采用该指标为目标函数完成结构参数优化,得到使指标最大的各部分参数值。根据优化所得的参数值和实际实验要求,完成机器人本体设计,加工出实物样机,并搭建实验平台,使用规划得到的关节空间轨迹进行了实物样机实验。通过对实验结果的分析,说明机器人机构运动模型的可行性、轨迹规划的合理性和结构参数优化的有效性。本论文对双关节腿型跳跃机器人起跳阶段进行了上述研究,并通过样机试验实现了机器人的稳定跳跃,为后续科研工作提供一定的参考价值。

关键词：腿型跳跃机器人运动机理运动学轨迹规划速度方向可操作度

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仿蛙跳跃机器人的机构参数优化研究

仿蛙跳跃机器人的机构参数优化研究

作者：杨奇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

仿生跳跃机器人运动灵活性高、地形适应能力强,在军事侦察、星际探索、抢险救灾、考古探测等领域有着及其广泛的应用前景,是机器人研究领域的热点。本文以仿蛙跳跃机器人的刚性模型为研究对象,从机器人惯量的各向同性、速度传递性能、... 详细信息

仿生跳跃机器人运动灵活性高、地形适应能力强,在军事侦察、星际探索、抢险救灾、考古探测等领域有着及其广泛的应用前景,是机器人研究领域的热点。本文以仿蛙跳跃机器人的刚性模型为研究对象,从机器人惯量的各向同性、速度传递性能、加速性能的角度,对机器人的机构参数进行优化研究。基于对青蛙本体结构及运动特点的分析,抽象出仿蛙跳跃机器人的机构模型,给出了机器人在起跳过程和腾空阶段的运动姿态及机器人质心运动的表达式。采用速度方向可操作度衡量其在任务方向的速度传递性能,分析了机构参数对可操作性椭球和速度方向可操作度的影响。以速度方向可操作度为目标函数,对机构参数进行优化,提高了机器人的速度传递性能。通过广义惯性与非线性力之间的关系,分析了机构参数对广义惯性椭球和广义转动惯量的影响,以提高运动中机器人惯量的各向同性为目标,对机构参数进行了优化,降低了运动中的非线性影响,提高了机器人的动力学性能。在动力学的基础上给出了仿蛙跳跃机器人的动态方向可操作度,分析了机构参数对动态可操作性椭球和动态方向可操作度的影响,以动态方向可操作度为目标函数,以及将动态方向可操作度和速度方向可操作度综合作为目标函数,分别对机构参数进行了优化,提高了速度传递性能和加速性能。采用综合性能指标为目标函数,并同时考虑机器人惯量的各向同性、速度传递性能以及加速性能的提高,对机器人的机构参数进行优化,较好的解决了因加速性能提高所导致的关节力矩幅值过大的问题。本文有关仿蛙跳跃机器人机构参数的优化,有利于提高机器人的控制性能和运动能力,实例计算验证了优化的有效性,对机器人的设计和运动规划在理论和应用上具有一定的参考价值。

关键词：仿蛙跳跃机器人速度方向可操作度动态方向可操作度机构参数优化

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冗余度机器人速度及力传递性能的度量方法

江南大学学报（自然科学版） 2004年第4期3卷 384-387页

作者：陈安军陈唏李国梁江南大学机械工程学院江苏无锡214063 信阳师范学院网络信息与计算中心河南信阳464000

在速度和力可操作椭球的基础上,定义了冗余度机器人机构速度和力方向的可操作度.利用速度和力方向可操作度,度量机器人在当前位形状态下沿指定方向速度和力的传递能力,并通过优化,确定速度和力的最佳传递方位和最佳操作位形.算例表明,... 详细信息

在速度和力可操作椭球的基础上,定义了冗余度机器人机构速度和力方向的可操作度.利用速度和力方向可操作度,度量机器人在当前位形状态下沿指定方向速度和力的传递能力,并通过优化,确定速度和力的最佳传递方位和最佳操作位形.算例表明,平面冗余度机器人机构在给定位形条件下,传力性能强(弱)的方向上传速的性能弱(强).

关键词：冗余度机器人速度方向可操作度力方向可操作度可操作椭球