《超冗餘機械臂工作空間密度函式構建及逆運動學研究》是依託福州大學，由東輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超冗餘機械臂工作空間密度函式構建及逆運動學研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：東輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超冗餘機械臂具有高靈活性和避奇異性、避障礙物等優點而可以被廣泛套用於精密製造、外科手術及航空航天等領域。理論上，超冗餘機械臂逆運動學的解具有非唯一性，因此在求解過程中從無限多個逆解中選擇最優解是實現超冗餘機械臂運動精確控制的關鍵。本項目提出一種以工作空間密度函式為最佳化目標函式的疊代方法，以實現超冗餘機械臂的逆運動學求解並完成最優解選擇。結合機械臂的結構參數和狄克拉函式分布特點，採用傅立葉變換及卷積定理構建其工作空間密度函式，實現對機械臂工作空間大小及其正運動學解分布的精確描述。提出基於工作空間密度函式為最佳化函式的逆運動學求解方法，研究超冗餘機械臂在障礙物環境下的避障軌跡規劃問題。項目的研究內容在超冗餘機械臂運動位置求解及運動控制精度改進等方面具有重要的理論意義和實用價值，將為本領域研究提供新思路。
結題摘要
超冗餘機械臂具有冗餘度高、容錯性好等優點被廣泛套用於精密製造、外科手術及航空航天等領域。但隨著超冗餘機械臂的自由度數目的增加，傳統的求解逆運動學算法將不再適用。本項目提出一種以工作空間密度函式為最佳化目標函式的疊代方法，以實現超冗餘機械臂的逆運動學求解並完成最優解選擇。結合機械臂的結構參數和狄克拉函式分布特點，採用傅立葉變換及卷積定理構建其工作空間密度函式，實現對機械臂工作空間大小及其正運動學解分布的精確描述。提出基於工作空間密度函式為最佳化函式的逆運動學求解方法，研究超冗餘機械臂在障礙物環境下的避障軌跡規劃問題。針對不同剛性結構的超冗餘機械臂，分別採用人工智慧及幾何方法求解超冗餘機械臂逆運動學，通過仿真結果證明了算法的有效性，在保證高精度解的情況下兼顧算法的實時性，仿真結果統計可得位姿精度可以達到0.001mm，計算時間可以減小到0.07s。項目的研究內容在超冗餘機械臂運動位置求解及運動控制精度改進等方面具有重要的理論意義和實用價值。設計基於電機驅動的剛性的超冗餘機械臂關節結構，進一步驗證項目提出的逆運動學求解算法的可行性。搭建以氣動為驅動矽膠材料的柔性超冗餘機械臂系統平台，並對結構參數進行設計最佳化。在機械臂中間部位設計變剛度支撐氣囊，實現機械臂的變剛度運動，避免了柔性機械臂剛度不足的缺點。針對其結構上與剛性超冗餘機械臂的明顯差異，提出一種基於Yeoh模型對其進行非線性動力學分析。基於分段常曲率法構建機械臂運動模型並進行運動學分析，獲得氣壓與機械臂形變數之間的對應關係。將研究內容進行完整化與系統化。
