一种新的PUMA类型机器人奇异回避算法

传统的奇异回避方法运算量大,本文提出了一种新的PUMA类型机器人奇异回避方法—奇异分离加阻尼倒数法.首先,分析产生奇异的条件,将导致Jacobian奇异的参数分离出来,然后用阻尼倒数代替其普通倒数,以回避运动学奇异的影响.该方法无需对Jacobian进行SVD分解,也无需估计其最小奇异值,因而运算量小,实时性好,仅牺牲末端部分方向的精度,适合于预定轨迹和实时轨迹的跟踪.仿真和实验结果证明了算法的有效性.

一种六自由度机械手奇异回避算法

针对传统机械手奇异回避算法存在的计算量大、实时性差的问题,提出了基于"奇异分离+指数级阻尼倒数"的奇异回避算法。首先,在对机械手运动学建模分析的基础上,通过Jacobian矩阵计算将导致奇异的参数分离出来;然后,介绍了指数级阻尼倒数算法的原理,并对采用指数级阻尼倒数进行奇异回避导致的误差进行了研究。仿真与实验结果表明,该算法可实现关节角速度在奇异域的平稳光滑过渡,且仅牺牲了机械臂末端在部分方向上的精度,由此算法的有效性和实用性得到验证。

空间机器人运行中回避奇异问题路径规划

研究自由漂浮空间机器人回避奇异的路径规划问题,可使空间机器人运行中有效地解决反解问题。由于传统算法改变了矩阵特征值而带来路径规划的较大误差,为解决上述问题提出了一种动力学奇异转化为避免奇异值分解的迭代Tik honov 正则化解决病态方程的算法。首先,建立了受非完整约束的FFSR系统模型,分析了动力学奇异产生的因素。然后将奇异问题转换为数学中病态问题,着重分析了利用Tikhonov正则化和迭代Tikhonov正则化解决不适定问题的方法,揭示了Tikhonov正则化方法与阻尼最小方差法等价性。最后,仿真结果表明,两种正则化方法均能回避路径规划奇异问题,迭代正则化方法能够进一步减小因回避奇异而产生的误差。

冗余度机器人最小力矩与回避奇异并行优化

针对冗余度机器人梯度投影法最小力矩局部优化所发生的轨迹不稳定现象,经过讨论分析后,明确指出这种不稳定是由关节构形奇异引起的,并提出了一种冗余度机器人最小力矩与回避奇异的并行优化方案.通过对一三自由度冗余度机器人的仿真,证实了所提优化方案是可行、有效的.

七轴机械臂避奇异轨迹规划

为有效解决机械臂在避奇异轨迹规划时关节角度可能达到关节极限的问题,以思灵机器人公司的七轴机械臂为研究对象,通过微分法建立了机械臂的雅可比矩阵;通过分析可操作度来评估机械臂是否接近奇异态;利用阻尼最小二乘法确定机械臂避奇异的关节角速度;利用零空间下的自运动,限制关节角速度防止其达到运动极限,并提出了新的自运动计算方法。最后,将避奇异的关节角速度与自运动的关节角速度相结合,得到了机械臂的最终关节角速度。通过对比实验和仿真结果,验证了所提计算方法的有效性,有效解决了机械臂在避奇异时关节角度处于极限位置而停止运动的问题。

陀螺角速度控制下的单辙两轮车自平衡研究

针对单辙两轮车的不稳定的系统,提出通过控制两个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)来研究单辙两轮车的自平衡问题,设计了一个基于滑模控制(SMC)的陀螺角速度控制器,控制SGCMG产生进动力矩,并采用一个奇异回避算法避免陀螺发生奇异现象,以实现整车在静止和动态下的自平衡,并通过仿真验证验证在越障和跨壕沟路况时的自平衡能力。仿真结果表明,所采用的控制方法能够以较小的框架角度使整车快速平衡到直立状态,并且在行驶过过程中很好的抵抗外部干扰,以一个距平衡角度2°范围内的侧倾角度行驶,仿真结果对单辙两轮车的平衡行驶有显著意义。

一种基座姿态可控空间机器人的通用避奇异算法

针对基座姿态可控空间机器人笛卡儿路径规划中的奇异问题,提出了一种通用的运动学奇异回避算法。通过虚拟机械臂的方法建立空间机械臂的雅可比矩阵,实时判断雅可比矩阵行列式的值与角速度的关系确定奇异区,采用Newton-Raphson迭代法进行逆运动学求解,并设计了一种“微分项提取+二次拟合”的分段路径规划算法应用于奇异回避,直至关节角脱离奇异区。仿真结果表明:所提算法能够有效回避奇异,适应各种自由度与构型机械臂,调节计算时间与跟踪精度之间的关系,具备较好的通用性。

应用于路径避障的空间机器人避奇异轨迹规划

直接选取初始点与目标点的连线作为末端运动轨迹,自由漂浮空间机器人系统的避障能力将受到限制。为优化轨迹规划,通过引入特定途径点,结合关节空间姿态规划和笛卡尔空间位置规划,设计一种姿态—位置组合的避奇异轨迹规划方法。所引入途经点将整个规划过程分为关节空间调姿段和笛卡尔空间避奇异段。关节空间调姿段通过前向运动学规划配置出回避动力学奇异的初始状态值;进而笛卡尔空间避奇异段选取途经点为初始点对末端直线轨迹重新规划,从而完成动力学奇异回避。最后,基于平面二自由度自由漂浮空间机器人平台进行仿真,结果表明,所提规划方法在完成动力学奇异回避任务的同时明显提高了系统的避障能力。

一种改进阻尼倒数的空间机器人避奇异算法

针对自由漂浮空间机器人运动规划过程中存在的动力学奇异问题,提出一种动力学奇异转化加改进阻尼倒数的奇异回避算法。首先,通过运动学分解,间接求解机器人逆运动学方程,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,以实现奇异参数的分离;然后,采用改进的高斯分布阻尼因子的阻尼倒数代替奇异参数的普通倒数,回避运动学奇异的影响。与现有阻尼倒数方法相比,提高了算法在奇异点附近的连续性,进一步减小了算法带来的跟踪误差。在PUMA类型空间机器人模型上进行仿真试验,校验算法的有效性。