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基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法 被引量:65
1
作者 钱东海 王新峰 +1 位作者 赵伟 崔泽 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期72-76,81,共6页
机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基... 机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟,在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少,但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型,其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解,单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人,基于旋量理论建立起机器人运动学模型,利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法,提出一种机器人运动学逆解算法,并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例,利用该算法进行运动学逆解,验证了算法的正确性。 展开更多
关键词 旋量理论 运动学逆解 paden-kahan子问题 消元理论
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基于Paden-Kahan子问题求解滚仰式导引头角增量 被引量:8
2
作者 朱明超 贾宏光 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1838-1844,共7页
根据滚转俯仰双框架导引头的结构特点,对框架进行了运动学分析。基于Paden-Kahan子问题,给出了封闭形式的滚仰角增量求解算法。通过将导引头的滚仰角增量求解分解为两个规范的Paden-Kahan子问题使运动学逆解由两个简单的刚体运动组成,... 根据滚转俯仰双框架导引头的结构特点,对框架进行了运动学分析。基于Paden-Kahan子问题,给出了封闭形式的滚仰角增量求解算法。通过将导引头的滚仰角增量求解分解为两个规范的Paden-Kahan子问题使运动学逆解由两个简单的刚体运动组成,从而简化了滚仰角增量求解的复杂度。为避免运动学逆解不唯一,应用最小角增量准则对运动学逆解进行了优化。数值仿真显示,求解的角增量使光轴指向误差为零,保证了光轴与视线的重合。最后,采用角增量求解算法对圆周轨迹目标进行半实物跟踪实验,结果表明,提出的逆运动学算法可以有效求解滚仰式导引头滚仰角增量,实现目标闭环跟踪。 展开更多
关键词 滚仰式导引头 角增量求解 paden-kahan子问题 逆运动学
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基于Paden-Kahan子问题的冗余度机器人运动学求解 被引量:6
3
作者 杨明明 陈伟海 +1 位作者 于守谦 武桢 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2004年第3期250-255,共6页
针对 7DOF机器人的逆运动学求解问题 ,提出了一种可提高运动控制精度的混合算法 .这种算法使用旋量理论来描述机器人的运动 .它首先求出对运动学性能指标进行优化的速度级逆解 ;然后固定一个特殊关节 ,将问题转化为非冗余度机器人的运... 针对 7DOF机器人的逆运动学求解问题 ,提出了一种可提高运动控制精度的混合算法 .这种算法使用旋量理论来描述机器人的运动 .它首先求出对运动学性能指标进行优化的速度级逆解 ;然后固定一个特殊关节 ,将问题转化为非冗余度机器人的运动控制 ,应用Paden Kahan子问题法得到逆运动学封闭解 .通过仿真实例 。 展开更多
关键词 冗余度机器人 运动学 paden-kahan子问题 运动控制 逆解
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Paden-Kahan第二子问题扩展问题求机械臂逆运动学研究 被引量:3
4
作者 张树刚 吕北轩 +1 位作者 李勇 隋丽君 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第2期245-250,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 旋量理论 逆运动学 paden-kahan 串联机械臂
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基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的机器人反解算法
5
作者 孟原 郝世鹏 史宝军 《机械工程与技术》 2020年第2期163-170,共8页
对工业机器人进行运动学分析包括正向运动学分析和反向运动学分析,运动学反解问题是当前研究的热点和难点。本文以旋量理论和几何法为基础,结合Paden-Kahan子问题解法,给出一种机器人运动学反解算法。以某六轴串联工业机器人为例,给定... 对工业机器人进行运动学分析包括正向运动学分析和反向运动学分析,运动学反解问题是当前研究的热点和难点。本文以旋量理论和几何法为基础,结合Paden-Kahan子问题解法,给出一种机器人运动学反解算法。以某六轴串联工业机器人为例,给定一组关节角度,求解出其运动学正解,以此为基础得到若干组运动学反解作为理论值,然后利用上述基于旋量理论的反解算法验证其有效性。典型应用结果表明:该机器人运动学反解算法,可避免D-H参数法中因为关节轴平行引起的奇异性问题,不仅满足对工业机器人重复定位精度的要求,并能够使机器人运动更加平稳。 展开更多
关键词 旋量理论 paden-kahan子问题 运动学反解 工业机器人
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A New Technique for Estimating the Lower Bound of the Trust-Region Subproblem
6
作者 Xinlong Luo 《Applied Mathematics》 2011年第4期424-426,共3页
Trust-region methods are popular for nonlinear optimization problems. How to determine the predicted reduction of the trust-region subproblem is a key issue for trust-region methods. Powell gave an estimation of the l... Trust-region methods are popular for nonlinear optimization problems. How to determine the predicted reduction of the trust-region subproblem is a key issue for trust-region methods. Powell gave an estimation of the lower bound of the trust-region subproblem by considering the negative gradient direction. In this article, we give an alternate way to estimate the same lower bound of the trust-region subproblem. 展开更多
关键词 TRUST-REGION METHOD UNCONSTRAINED OPTIMIZATION TRUST-REGION subproblem
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基于改进序列凸优化的多无人机航迹规划方法 被引量:2
7
作者 穆凌霞 李筱 +3 位作者 王斑 张友民 冯楠 薛向宏 《智能系统学报》 北大核心 2025年第1期128-138,共11页
随着人工智能技术的迅速发展,利用多架无人机执行飞行任务成为研究的热点之一。本文研究多架无人机到达同一目标点的航迹规划问题,首先建立最优控制问题,采用符号距离函数将非凸避障约束进行凸化;接着考虑了无人机离散序列间的避障约束... 随着人工智能技术的迅速发展,利用多架无人机执行飞行任务成为研究的热点之一。本文研究多架无人机到达同一目标点的航迹规划问题,首先建立最优控制问题,采用符号距离函数将非凸避障约束进行凸化;接着考虑了无人机离散序列间的避障约束,保证在连续时间内多无人机的飞行安全;最后提出了自适应信赖域序列凸优化算法,能够保证在每次序列迭代中都能找到近似凸子问题的解,快速求解得到多无人机最优航迹。该算法适用于威胁环境下多无人机协同到达指定的目标点,具有较快的收敛速度。 展开更多
关键词 多无人机 航迹规划 避障约束 符号距离函数 凸优化 自适应信赖域 近似凸子问题 协同到达
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旋量理论和向量约束下的冗余机械臂逆运动学分析
8
作者 杨明发 刘放 +2 位作者 黄文建 李晨晖 邓蓉 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第9期1507-1513,共7页
针对一种7自由度冗余机械臂进行逆运动学求解,基于冗余机械臂的偏置肘关节构型和平移自由度特性,提出了一种结合旋量理论和向量约束的逆运动学求解算法。针对机械臂具有肘偏置和平移结构的特点,基于旋量理论建立运动学模型,将第1关节变... 针对一种7自由度冗余机械臂进行逆运动学求解,基于冗余机械臂的偏置肘关节构型和平移自由度特性,提出了一种结合旋量理论和向量约束的逆运动学求解算法。针对机械臂具有肘偏置和平移结构的特点,基于旋量理论建立运动学模型,将第1关节变量作为自变量,进行其他关节变量求解。利用Paden-Kahan子问题建立前3个关节变量的关系式,并建立关节坐标轴之间的空间向量共面的判定方程作为约束条件,联立求解得到前3个关节变量。进一步通过Paden-Kahan子问题和向量关系求解出其他关节变量。通过数值算例验证了该方法的可行性和准确性。 展开更多
关键词 冗余机械臂 逆运动学 向量约束 旋量理论 paden-kahan子问题
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求解信赖域子问题的Newton-GMRES方法
9
作者 殷婉如 芮绍平 《青岛大学学报(自然科学版)》 2025年第2期4-9,共6页
为求解信赖域子问题,通过构造新的光滑函数将子问题的互补模型转化成等价的方程组,将非精确牛顿法与GMRES算法相结合,得到求解信赖域子问题的Newton-GMRES算法,在一定条件下证明该算法的全局收敛性与适定性。数值实验结果表明,该算法可... 为求解信赖域子问题,通过构造新的光滑函数将子问题的互补模型转化成等价的方程组,将非精确牛顿法与GMRES算法相结合,得到求解信赖域子问题的Newton-GMRES算法,在一定条件下证明该算法的全局收敛性与适定性。数值实验结果表明,该算法可行有效。 展开更多
关键词 信赖域子问题 非精确牛顿法 光滑函数 全局收敛
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密集度驱动的迭代搜索二维不规则排样算法
10
作者 薛峰 李子意 +1 位作者 宋连旗 祖磊 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第11期3969-3978,共10页
二维不规则排样问题在纺织、造船和皮革等制造业领域广泛存在。传统的排样方法计算时间复杂度高,排样利用率还有较大优化空间。为进一步提高排样利用率,加快排样速度,提出一种密集度驱动的迭代搜索二维不规则排样算法(DGISA)。首先,通... 二维不规则排样问题在纺织、造船和皮革等制造业领域广泛存在。传统的排样方法计算时间复杂度高,排样利用率还有较大优化空间。为进一步提高排样利用率,加快排样速度,提出一种密集度驱动的迭代搜索二维不规则排样算法(DGISA)。首先,通过离散化摆放位置缩小解空间,然后借助布局密集度和摆放密集度进行局部空间搜索,搜索过程中通过自适应更新重叠惩罚权重确定多边形零件的最佳摆放位置。与3种典型的排样方法在国际通用排样的14个用例的对比实验表明,DGISA在10个用例达到了最优排样利用率,验证了方法的有效性和先进性。 展开更多
关键词 不规则排样问题 最小化重叠子问题 密集度驱动 引导式迭代搜索
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基于新旋量子问题改进一类6R串联机器人逆解算法 被引量:17
11
作者 孙恒辉 赵爱武 +1 位作者 李达 张茂峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期79-86,共8页
与传统工业串联机器人相比,后三个旋转关节轴线相交于一点、而前三个旋转关节轴线均不相交的六自由度串联机器人的工作空间较为完善,然而此类6R串联机器人逆解的求解较为复杂,限制了其应用。针对其逆解问题,提出一类新的Paden-Kahan子... 与传统工业串联机器人相比,后三个旋转关节轴线相交于一点、而前三个旋转关节轴线均不相交的六自由度串联机器人的工作空间较为完善,然而此类6R串联机器人逆解的求解较为复杂,限制了其应用。针对其逆解问题,提出一类新的Paden-Kahan子问题类型:将一点绕两个不相交且不平行的轴线依次旋转到指定点,以及其扩展问题类型:将一点绕两个不相交且不平行的轴线依次旋转直到该点到固定第一点和固定第二点的距离均为指定大小。通过构造与该点运动轨迹相垂直的垂直平面,推导和求解了该子问题的正解和逆解,结合其他已知的子问题,简化和求解此类6R串联机器人的逆解问题,并对其逆解的条件和数目进行讨论。与传统的消元法相比,采用该方法得到的逆解的几何意义更为明确、计算量少、求解效率更高,改进了此类6R串联机器人逆解算法。通过实例计算,验证了求解方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 串联机器人 工作空间 逆解求解 paden-kahan子问题
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基于旋量理论的串联机器人逆解子问题求解算法 被引量:27
12
作者 陈庆诚 朱世强 +1 位作者 王宣银 张学群 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期8-14,20,共8页
为了提高串联机器人逆运动学的求解效率,明确逆解的几何意义,提出基于旋量理论的逆运动学子问题求解算法.该子问题描述为"绕3个不相交轴旋转(其中2个轴线平行,且与第3个轴异面)".以6自由度串联机器人"钱江一号"为例... 为了提高串联机器人逆运动学的求解效率,明确逆解的几何意义,提出基于旋量理论的逆运动学子问题求解算法.该子问题描述为"绕3个不相交轴旋转(其中2个轴线平行,且与第3个轴异面)".以6自由度串联机器人"钱江一号"为例,通过旋量理论及指数积(POEs)方程来建立运动学模型,给出该新型逆运动学子问题的求解方法.将整体逆运动学问题分解为该类子问题和其他已知的Paden-Kahan逆运动学子问题来联合求解.通过实例验算证明,该逆运动学子问题的求解方法高效可靠,具有明显的几何意义,能够满足机器人的强实时系统控制要求. 展开更多
关键词 串联机器人 旋量理论 指数积(POEs) 逆运动学 paden-kahan子问题
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基于旋量法的连续体搜救机器人运动学分析 被引量:7
13
作者 张小俊 孙凌宇 +1 位作者 张明路 张玉娟 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期90-95,共6页
研制了一套连续体搜救机器人,整个机器人由两个关节段组成,每段可实现两个弯曲自由度,通过六根驱动线的协调控制来改变整个机器人的运动姿态.采用旋量理论和指数积方法建立此机器人的运动学模型,完成了正运动学及雅可比矩阵的求解,并且... 研制了一套连续体搜救机器人,整个机器人由两个关节段组成,每段可实现两个弯曲自由度,通过六根驱动线的协调控制来改变整个机器人的运动姿态.采用旋量理论和指数积方法建立此机器人的运动学模型,完成了正运动学及雅可比矩阵的求解,并且基于旋量理论采用Paden-Kahan子问题完成了逆运动学的求解.在Matlab中对其运动学算法进行了仿真分析,验证了运动学算法的正确性,结果表明旋量法可有效描述连续体搜救机器人的弯曲运动. 展开更多
关键词 连续体机器人 运动学 旋量理论 paden-kahan子问题
原文传递
凿岩机械臂逆运动学解流形分析及优化 被引量:1
14
作者 张道德 何嘉懿 王君明 《机床与液压》 北大核心 2024年第21期28-34,51,共8页
针对一款位姿强耦合的七自由度凿岩机械臂,提出一种基于旋量理论和微分流形理论的逆运动学求解算法。利用Paden-Kahan子问题和几何法得到该冗余机械臂的全部逆解。由于冗余关节的存在,通过末端执行器所需位姿进行求解可以得到无穷组关... 针对一款位姿强耦合的七自由度凿岩机械臂,提出一种基于旋量理论和微分流形理论的逆运动学求解算法。利用Paden-Kahan子问题和几何法得到该冗余机械臂的全部逆解。由于冗余关节的存在,通过末端执行器所需位姿进行求解可以得到无穷组关节逆解,其呈现出光滑流形结构,根据自运动流形的特点,将其分别映射到位置关节空间和姿态关节空间。随后根据实际作业需要,建立多目标优化泛函,对机械臂的解空间进行优化,得到优化解流形。最后针对优化解流形的一组关节逆解进行五次多项式轨迹规划。结果表明:选取的最优解使凿岩机械臂在整个定位过程中运动稳定,位姿误差较小,从而验证了逆运动学解法和优化流形的正确性。 展开更多
关键词 凿岩机器人 冗余自由度 paden-kahan子问题 运动学逆解 流形
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可重构机器人封闭形式的运动学逆解计算 被引量:17
15
作者 赵杰 王卫忠 蔡鹤皋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期210-214,共5页
由于可重构机器人构型的多样性,其运动学逆解的自动生成是应用中的关键问题。采用旋量和指数积公式建立可重构机器人的运动学模型,系统地分析了指数积公式的化简方法、子问题的分类和计算方法并加以实现,为可重构机器人封闭形式的运动... 由于可重构机器人构型的多样性,其运动学逆解的自动生成是应用中的关键问题。采用旋量和指数积公式建立可重构机器人的运动学模型,系统地分析了指数积公式的化简方法、子问题的分类和计算方法并加以实现,为可重构机器人封闭形式的运动学逆解提供了一种通用的可分解的计算方法,降低了求解的复杂性。通过一个典型实例验证了算法的有效性与可重用性。 展开更多
关键词 可重构机器人 运动学逆解 指数积公式 子问题
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基于旋量理论的六自由度林果采摘混联机械臂运动学逆解 被引量:16
16
作者 李立君 刘涛 +3 位作者 高自成 廖凯 李禹卓 许世斌 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期75-82,共8页
针对传统Paden-Kahan子问题求解机械臂运动学逆解时需确定关节轴线交点坐标的问题,对该子问题进行改进。利用末端执行器位姿信息获取轴线交点坐标,建立物体坐标与末端执行器期望位姿的映射关系,结合子问题求解6自由度林果采摘机械臂运... 针对传统Paden-Kahan子问题求解机械臂运动学逆解时需确定关节轴线交点坐标的问题,对该子问题进行改进。利用末端执行器位姿信息获取轴线交点坐标,建立物体坐标与末端执行器期望位姿的映射关系,结合子问题求解6自由度林果采摘机械臂运动学逆解;根据主动关节变量取值范围分析所求逆解的可行性,得到可行封闭解,提高机械臂控制速度、稳定性和准确性。在实验室环境下利用所提出的算法求解10组工作目标位置信息对应的关节值,结果表明,所求逆解能使林果采摘机械臂到达正确位姿,末端执行器最大位置误差不超过夹持器最大开度的3.30%,最大姿态误差不超过1?,满足采摘要求。该算法为机械臂快速、稳定及精确地控制提供技术依据。 展开更多
关键词 机器人 收获机 运动学 旋量理论 逆运动学 paden-kahan子问题 混联机械臂 林果采摘
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ABB1410工业机器人的旋量运动学逆解方法 被引量:6
17
作者 洪磊 嵇保健 +1 位作者 蔡刚洪 沈健 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第4期190-193,共4页
为了高效可靠实现工业机器人逆运动学求解,针对常见6自由度工业机器人"后3关节轴线相交,关节2、3轴线平行且与关节1轴线异面垂直"的结构特点,以ABB1410机器人为对象,建立旋量运动学模型,将几何关系法与PadenKahan子问题相结合... 为了高效可靠实现工业机器人逆运动学求解,针对常见6自由度工业机器人"后3关节轴线相交,关节2、3轴线平行且与关节1轴线异面垂直"的结构特点,以ABB1410机器人为对象,建立旋量运动学模型,将几何关系法与PadenKahan子问题相结合,提出了一种运动学逆解方法。该方法首先利用机器人腕部点和前3关节轴线之间的几何关系求解关节角1,再将后5个关节角的求解转化为3个Panden-Kahan子问题1和1个子问题2,完整地给出了逆运动学封闭解。通过实验验证了该逆解算法的准确性和实用性。 展开更多
关键词 工业机器人 旋量理论 运动学逆解 几何关系 paden-kahan子问题
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解信赖域子问题的隐式分段折线算法 被引量:9
18
作者 王希云 李亮 于海波 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2014年第6期610-619,共10页
在Hessian矩阵正定的前提下,建立了一种最优曲线的微分方程模型.针对此微分方程模型,构造了一条隐式分段折线,从而提出了一种求解信赖域子问题的隐式分段折线算法,并且分析和证明了隐式分段折线路径的合理性.数值结果表明新算法是有效... 在Hessian矩阵正定的前提下,建立了一种最优曲线的微分方程模型.针对此微分方程模型,构造了一条隐式分段折线,从而提出了一种求解信赖域子问题的隐式分段折线算法,并且分析和证明了隐式分段折线路径的合理性.数值结果表明新算法是有效且可行的. 展开更多
关键词 隐式分段折线算法 微分方程模型 信赖域子问题
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基于旋量理论的六自由度机械臂逆解算法 被引量:6
19
作者 李宪华 吕磊 +1 位作者 张雷刚 宋韬 《制造技术与机床》 北大核心 2020年第8期68-72,共5页
机器人求逆解过程中主要采用D-H参数法和旋量法来建立机器人运动学模型。D-H参数法机器人运动学分析中应用较多,但由于D-H参数法需要在每个关节处建立坐标系,因此建模过程较为繁琐。旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,建模较为... 机器人求逆解过程中主要采用D-H参数法和旋量法来建立机器人运动学模型。D-H参数法机器人运动学分析中应用较多,但由于D-H参数法需要在每个关节处建立坐标系,因此建模过程较为繁琐。旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立,建模较为方便并且几何意义更明确。基于旋量理论建立的机器人运动学模型,其逆解一般采用Paden-Kahan子问题方法进行求解。针对6R模块化机械臂,该机械臂后3个关节轴线相交于一点,基于旋量理论建立机械臂的运动学模型,利用几何关系与Paden-Kahan子问题,对该机械臂进行了逆运动学求解,得到了该机械臂的解析解。利用Matlab编制运动学算法程序,验证了逆解算法的正确性。 展开更多
关键词 逆解 旋量理论 几何方法 paden-kahan子问题
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动态邻域的分解多目标进化算法 被引量:3
20
作者 周欢 孟利民 +2 位作者 王丽萍 林梦嫚 江波 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2017年第9期2039-2044,共6页
多目标优化问题是进化算法领域的研究热点与难点.基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)在求解多目标优化问题时有着较强的搜索能力、高效的适应度评价、良好的收敛性等优点.然而,不同的子问题使用相同大小的邻域统一优化,减缓算法搜索全局... 多目标优化问题是进化算法领域的研究热点与难点.基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)在求解多目标优化问题时有着较强的搜索能力、高效的适应度评价、良好的收敛性等优点.然而,不同的子问题使用相同大小的邻域统一优化,减缓算法搜索全局最优解的速率.为解决以上问题,提出一种动态邻域设置策略,针对不同的子问题设置不同的邻域.首先,分析子问题差异处理的原因;其次,根据子问题与边界的距离,提出边界子问题与靠边界子问题的邻域减小,其他子问题邻域增大策略并将以上策略应用在MOEA/D中,提出一种动态邻域的分解多目标进化算法,进一步分析改进算法中参数的敏感性.将该算法在经典测试函数ZDT系列,WFG系列上进行仿真实验,并采用反向世代距离(IGD)和超体积(HV)指标对算法性能对比分析.结果表明,与MOEA/D对比,改进算法的收敛性明显提高,求出的解集相比MOEA/D,NSGA-II,MOEA/D-DU同类典型的算法求出解集的质量更高,算法在求解前端为凸面的情况效果甚好. 展开更多
关键词 多目标优化 MOEA/D 子问题 邻域
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