留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

6自由度关节机器人运动学反解的共形几何代数方法

冯春 杨名利 尹飞鸿

冯春, 杨名利, 尹飞鸿. 6自由度关节机器人运动学反解的共形几何代数方法[J]. 机械科学与技术, 2017, 36(8): 1198-1204. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809
引用本文: 冯春, 杨名利, 尹飞鸿. 6自由度关节机器人运动学反解的共形几何代数方法[J]. 机械科学与技术, 2017, 36(8): 1198-1204. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809
Feng Chun, Yang Mingli, Yin Feihong. Inverse Kinematics for 6-DOF Articulated Robot Using Conformal Geometric Algebra[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2017, 36(8): 1198-1204. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809
Citation: Feng Chun, Yang Mingli, Yin Feihong. Inverse Kinematics for 6-DOF Articulated Robot Using Conformal Geometric Algebra[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2017, 36(8): 1198-1204. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809

6自由度关节机器人运动学反解的共形几何代数方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0809
基金项目: 

江苏省自然科学基金青年项目(BK20140252)与江苏省高校自然科学研究面上项目(14KJB510003)资助

详细信息
    作者简介:

    冯春(1981-),讲师,博士,研究方向为机器人路径规划,机器视觉技术,chun0471@163.com

Inverse Kinematics for 6-DOF Articulated Robot Using Conformal Geometric Algebra

  • 摘要: 机器人运动学模型的建立普遍利用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法,但是D-H参数法的几何意义不够明确,旋量法则有低自由度、关节轴线相交于1点的结构限制。针对6自由度关节机器人反解问题提出一种利用共形几何代数求解的新方法。首先以旋转关节轴线和旋转平面为基础建立无坐标系机器人模型,并定义肩部、肘部和腕部3种机器人结构设计形式。然后在上述模型和机器人结构下利用已知共形点建立直线、平面、圆周和球体等共形几何对象,通过几何对象的约束关系进行简单的代数运算完成各关节轴的旋转角计算。另外,该方法在进一步简化代数运算的基础上,利用2直线对象和旋转平面法矢量的约束关系唯一确定旋转角,从而完成运动学反解计算。最后,以常用的人机协作的UNIVERSAL ROBOT UR5 6自由度关节机器人为例,利用该算法进行运动学反解的验证,计算结果表明该算法的正确性。
  • [1] 熊有伦, 尹周平,熊蔡华,等. 机器人操作[M]. 武汉:湖北科学技术出版社, 2002 Xiong Y L, Yin Z P, Xiong C H, et al. Robot manipulation[M]. Wuhan:Hubei Science & Technology Press, 2002(in Chinese)
    [2] 理查德·摩雷,李泽湘,厦恩卡·萨思特里. 机器人操作的数学导论[M]. 北京:机械工业出版社,1998 Murray R M, Li Z X, Sastry S S. A mathematical introduction to robotic manipulation[M]. Beijing:China Machine Press, 1998(in Chinese)
    [3] 李悦,周利坤. 基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究[J]. 机械科学与技术,2014,33(6):820-824 Li Y, Zhou L K. The research of RRRP robot inverse kinematics based on the screw theory[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2014, 33(6):820-824(in Chinese)
    [4] Shital S, Chiddarwar N, Ramesh B. Comparison of RBF and MLP neural networks to solve inverse kinematic problem for 6R serial robot by a fusion approach[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2010, 23(7):1083-1092
    [5] Hildenbrand D. Foundations of geometric algebra computing[M]. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2013
    [6] Kucuk S, Bingul Z. Inverse kinematics solutions for industrial robot manipulators with offset wrists[J]. Applied Mathematical Modelling, 2014, 38(7-8):1983-1999
    [7] Kofinas N, Orfanoudakis E, Lagoudakis M G. Complete analytical forward and inverse kinematics for the NAO humanoid robot[J]. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2015, 77(2):251-264
    [8] Cui Y D, Takahashi K, Hashimoto M. Design of control systems using quaternion neural network and Its application to inverse kinematics of robot manipulator[C]. Proceedings of the 2013 IEEE/SICE International Symposium on System Integration, Kobe International Conference Center, Kobe, Japan, 2013, MP1-J2, 527-532
    [9] 钱东海,王新峰,赵伟,等.基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人反解算法[J].机械工程学报,2009,45(9):72-76 Qian D H, Wang X F, Zhao W, et al. Algorithm for the inverse kinematics calculation of 6-DOF robots based on screw theory and Paden-Kahan Sub-problems[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2009, 45(2):70-74(in Chinese)
    [10] 张立栋,李亮玉,王天琪. 工业机器人逆解问题的旋量解法[J]. 机械科学与技术, 2016, 35(4):539-544 Zhang L D, Li L Y, Wang T Q. A screw solution of industrial robot's inverse kinematics problem[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2016, 35(4):539-544(in Chinese)
    [11] 孙恒辉,赵爱武,李达,等. 基于新旋量子问题改进一类6R串联机器人反解算法[J]. 机械工程学报,2016, 52(1):79-86 Sun H H, Zhao A W, Li D, et al. Improvement of the algorithm of the inverse kinematics calculation for 6R series robots based on one novel Paden-Kahan Sub-problem[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(1):79-86(in Chinese)
    [12] Kim J S, Jeong J H, Park J H. Inverse kinematics and geometric singularity analysis of a 3-SPS/S redundant motion mechanism using conformal geometric algebra[J]. Mech Mach Theory, 2015, 90:23-36
    [13] Ma S, Shi Z P, Shao Z Z, et al. Higher-Order logic formation of conformal geometric algebra and its application in verifying a robotic manipulation algorithm[J]. Advances in Applied Clifford, 2016, 26(4):1305-1330
    [14] 倪振松,廖启征,魏世民,等. 空间一般6R机械手位置反解的新方法[J]. 北京邮电大学学报,2009,32(2):29-33 Ni Z S, Liao Q Z, Wei S M, et al. New algorithm for inverse kinematics analysis of general 6R serial robot[J]. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications, 2009, 32(2):29-33(in Chinese)
    [15] 张忠海,李端玲. 空间并联机构运动学分析的共形几何代数方法[J]. 农业机械学报,2015, 46(4):325-330 Zhang Z H, Li D L. Conformal geometric algebra method for kinematics analysis of spatial parallel mechanisms[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(4):325-330(in Chinese)
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  484
  • HTML全文浏览量:  55
  • PDF下载量:  12
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-25
  • 刊出日期:  2017-08-05

目录

    /

    返回文章
    返回