CN106444369B - 基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法 - Google Patents

基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法 Download PDF

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CN106444369B CN201610356852.3A CN201610356852A CN106444369B CN 106444369 B CN106444369 B CN 106444369B CN 201610356852 A CN201610356852 A CN 201610356852A CN 106444369 B CN106444369 B CN 106444369B
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Abstract

本发明涉及一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，包括：步骤1，在操作空间范围内，初始化参数；步骤2，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作；步骤3，设计参数Li,θi之间的关系；步骤4，根据前向运动学约束方程，展开为超越方程，利用角度参数的变换，获得致密的多项式方程；步骤5，根据代数对消方法，利用参数迭代的方式求解最终的多项式方程；步骤6，计算角度表达式中的关键节点；步骤7，根据变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位置X，方向n；步骤8，实现目标位姿的初步定位。与现有技术相比，本发明能提高本发明构建系统的测量精度和计算的数值稳定性。

Description

基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法
技术领域
本发明涉及一种变结构空间运动学分析方法，尤其是涉及一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法。
背景技术
空间机械臂对太空作业环境具有自适应的特点，采用非对称变结构替代宇航员完成太空作业，比对称结构具备更安全、更灵巧、更精确的优势。在天基背景下，利用模块化设计思想，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作。关键的非对称单模块的前向运动学可通过分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系；进一步通过三角参数的变换，使得前向运动学约束方程(超越方程)转化为多项式方程，利用一个简单的代数对消过程实现多项式方程的求解；提取关键节点的角度参数表达式，利用变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位姿，在这一开环操作过程中，实现目标位姿的初步定位。空间平台的超近距相对姿态定位方法可以为卫星在进行普查太空垃圾、废旧卫星回收、卫星捕获等在轨维护任务过程中提供已方相对于平台的姿态信息，并对路径规划进行综合显示。
经对现有技术的文献检索发现，加拿大联合美国NASA研究了一类对称VGT运动学，后来四川大学研究了自由度放大的不完全对称的变结构，但是限于高次多项式方程求解，这种变结构的应用受到一定限制。6自由度的平行操作臂末端执行器弯曲速度可表示成一类节点旋转扭矩的线性组合。并且通过逆置换分析，应用同伦延拓的算法可求解三角形八面体变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量。但是作为这些对称变结构平行操作臂运动学定位方法，需要固定变结构单模块末端与底端，且末端与底端要求具备对称性，操作臂平台底端安装于被定位卫星上，由于对称性限制了结构自身的自由度，导致存在定位精度不足，因此非对称变结构的前向运动学定位问题有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在操作空间范围内，初始化参数θ0、L0和X0，θ0表示对应于角度参数集合Θ＝{θ1,θ2,θ3}的初始状态，L0表示对应于主动杆长参数集合L＝{L1,L2,L3}的初始状态，L1＝||A2B2||表示A2B2的长度，L2＝||B2C2||表示B2C2的长度，L3＝||A2C2||表示A2C2的长度，X0表示对应于操作臂移动平台的中心位置向量参数集合X＝{Xi|i＝1,…,n}的初始状态，n依赖非对称单模块个数，初始化参数的具体关系如图5至图7所示；
步骤2，通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作；
步骤3，根据Denavit-Hartenberg方程，设计主动杆长参数L＝{L1,L2,L3}与角度参数Θ＝{θ1,θ2,θ3}之间的函数关系；
步骤4，根据前向运动学约束方程，展开为超越方程，利用角度参数的变换，获得致密的多项式方程；
步骤5，根据代数对消方法，利用参数迭代的方式求解最终的多项式方程，由于角度参数约束条件的限制，从多个多项式方程解中获得唯一可行解；
步骤6，根据几何辅助线分析方法，获取关键节点的角度参数表达式，利用多项式方程解，计算角度表达式中的关键节点A2,B2,C2；
步骤7，分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系X，n；根据变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位置X，方向n；
步骤8，根据上述开环操作过程，利用目标位姿信息，实现目标位姿的初步定位。
所述的步骤2通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作，具体计算过程如下：
其中，
i＝1,2,…,n，s＝sin,c＝cos。
Ti为旋转矩阵，Xi为中心位移矢量，为操作平台方向法向量，通过机器人学相关知识可知，αi(i＝1,2,…,n)实际为地面坐标系绕X轴旋转到与第i节模块底面坐标系X轴重合时所得的角度，βi(i＝1,2,…,n)实际为地面坐标系按照αi(i＝1,2,…,n)旋转后绕Z轴旋转到与第i节模块底面坐标系Z轴重合时所得的角度。
所述的步骤3中，根据Denavit-Hartenberg方程，设计参数Li,θi之间的关系具体为：
其中，根据图5至图7所示的几何关系，我们分别计算出顶点关键A2,B2,C2，可分别表示A2＝A2(θ1),B2＝B2(θ2),C2＝C2(θ3)，即，每个顶点仅依赖一个角度参数。
所述的步骤4中，根据步骤3的前向运动学约束方程，利用角度参数的变换，展开为超越方程，
获得致密的多项式方程；
其中，
A＝{Aij|i＝1,2,3,j＝1,2,…,5}表示超越方程通过参数变换得到致密多项式方程的系数集合。
所述的步骤5)具体为：
利用参数迭代的过程实现最终方程的代数对消，从而获得致密性多项式方程的多个解，进一步根据角度参数约束条件，从存在的多解中获得非对称变几何操作臂的前向运动学唯一解。
所述的步骤6)参考图5至图7的模块结构关系，为了简化a＝||A1B1||表示A1B1的长度，b＝||B1C1||表示B1C1的长度，c＝||A1C1||表示A1C1的长度，A1表示顶点A1的角度，B1表示顶点B1的角度，C1表示顶点C1的角度，具体计算过程如下：
1)利用几何辅助线方法，坐标点A2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H1，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oa，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I1，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点A2的参数表达式，
2)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点B2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H2，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Ob，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I2，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点B2的参数表达式，
3)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点可C2获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H3，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oc，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I3，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点C2的参数表达式，
所述的步骤7具体过程如下：
其中,
其中，X为操作臂移动平台的中心位置向量，n为操作臂移动平台的方向法向量；通过设计可控参数θ1,θ2,θ3，并通过利用节点A2,B2,C2的参数表达式，获得非对称操作臂的前向运动学唯一解，操作臂移动平台的旋转与平移矩阵可被获得，进而可确定平台末端位姿期望向量X，n；κ值表示操作臂运动平台的顶点数目。元素{A2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点A2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{B2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点B2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{C2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点C2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴。
根据步骤8)中的位姿信息对路径规划进行综合显示。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)基于模块化设计思想，通过分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系；进一步通过三角参数的变换，使得前向运动学约束方程(超越方程)转化为多项式方程，利用一个代数对消过程实现多项式方程的求解，利用变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位姿。在这一开环操作过程中，实现目标位姿的初步定位。
2)本发明利用多个三重八面体构成的变几何桁架组合机械臂对空间站可进行废旧卫星回收、卫星捕获任务，通过机械臂平台不仅可检测卫星损坏部件，还可通过机械臂路径规划的平台数据实时跟踪合作目标对完成空间任务具有重要作用。
3)通过非对称变结构机械臂前向运动学分析，进一步提出该结构精确定位方法，提高空间非合作目标测量的精度，便于后续空间机械臂运动稳定性和主动控制策略等问题提供重要的理论支撑。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明非对称操作臂模块扩展正向运动学框图；
图3为本发明非对称操作臂单个模块的Stewart平台示意图；
图4为本发明基于变结构多个链式模块自由浮动的组合体示意图；
图5为本发明基于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的空间坐标点A2位置构造辅助线示意图；
图6为本发明基于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的空间坐标点B2位置构造辅助线示意图；
图7为本发明基于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的空间坐标点C2位置构造辅助线示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供的基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，经过Matlab仿真数据和半物理仿真图像数据两个方面的数据进行实际测试，实施步骤如下：
步骤1，在操作空间范围内，初始化参数θ0，L0，X0，θ0表示对应于角度参数集合Θ＝{θ1,θ2,θ3}的初始状态，L0表示对应于主动杆长参数集合L＝{L1,L2,L3}的初始状态，L1＝||A2B2||表示A2B2的长度，L2＝||B2C2||表示B2C2的长度，L3＝||A2C2||表示A2C2的长度，X0表示对应于操作臂移动平台的中心位置向量参数集合X＝{Xi|i＝1,…,n}的初始状态，n依赖非对称单模块个数，初始化参数的具体关系如图5至图7所示。
步骤2，利用模块化设计思想，如图2所示，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作，最终输出扩展前向运动学期望位姿。
步骤3，根据Denavit-Hartenberg方程，设计参数Li,θi,i＝1,2,3之间的关系。
其中，根据图5至图7所示的几何关系，我们分别计算出顶点关键A2,B2,C2可分别表示A2＝A2(θ1),B2＝B2(θ2),C2＝C2(θ3)，即，每个顶点仅依赖一个角度参数。
步骤4，根据步骤3的前向运动学约束方程，
利用角度参数的变换，展开为超越方程，
获得致密的多项式方程；
其中，
A＝{Aij|i＝1,2,3,j＝1,2,…,5}表示超越方程通过参数变换得到致密多项式方程的系数集合。
步骤5，根据代数对消方法，利用参数迭代的方式求解最终的多项式方程，因为角度参数约束条件的限制，使得可以从多个多项式方程解中获得唯一可行解。
根据代数对消方法，一个致密的代数对消过程实现了非对称变几何操作臂的前向运动学的求解，基于这一参数迭代代数对消过程中，如果给定一个期望的迭代初始值，上述迭代对消算法收敛。该算法实现了非对称操作臂前向运动学的求解。
步骤6，根据几何辅助线分析方法，获取关键节点的角度参数表达式，利用多项式方程解，计算角度表达式中的关键节点A2,B2,C2。
参考图5至图7的模块结构关系，为了简化a＝||A1B1||表示A1B1的长度，b＝||B1C1||表示B1C1的长度，c＝||A1C1||表示A1C1的长度，A1表示顶点A1的角度，B1表示顶点B1的角度，C1表示顶点C1的角度，具体计算过程如下：
1)利用几何辅助线方法，坐标点A2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H1，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oa，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I1，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点A2的参数表达式，
2)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点B2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H2，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Ob，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I2，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点B2的参数表达式，
3)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点可C2获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H3，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oc，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I3，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点C2的参数表达式，
步骤7，分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系X，n；分析该非对称并联变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系X，n；计算过程：
其中,
其中，X为操作臂移动平台的中心位置向量，n为操作臂移动平台的方向法向量；通过设计可控参数θ1,θ2,θ3，并通过利用节点A2,B2,C2的参数表达式，获得非对称操作臂的前向运动学唯一解，操作臂移动平台的旋转与平移矩阵可被获得，进而可确定平台末端位姿期望向量X，n。κ值表示操作臂运动平台的顶点数目。元素{A2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点A2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{B2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点B2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴；元素{C2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点C2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y-轴，z-轴。
步骤8，根据上述开环操作过程，利用目标位姿信息，实现目标位姿的初步定位。根据平台的姿态信息，并对路径规划进行综合显示。
本实施例提供的基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，根据空间机械臂对太空作业环境具有自适应的特点，采用非对称变结构替代宇航员完成太空作业，比对称结构具备更安全、更灵巧、更精确的优势。本方法可以测量卫星的相对位置与姿态，即已方空间平台相对于目标物的相对位置和姿态，更重要的是本方法不需要固定变结构单模块末端与底端，且末端与底端不要求具备对称性，操作臂平台底端安装于被定位卫星上，但不限制自身结构的对称性，使得在空间任务条件下实现操作臂自由度的按需分配。这与现有空间操作臂有很大的不同，也是本实施例方法的独特之处。另外本方法通过利用模块化设计思想，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作。关键的非对称单模块的前向运动学可通过分析该非对称并联变结构的几何结构，通过提取关键节点的角度参数表达式，利用变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位姿。本方法在轨维护任务过程中提供已方相对于平台的姿态信息，并对路径规划进行综合显示。同时本实施例的卫星表面重建以及相对位置与姿态的综合显示方法可以为后续的空间环境可以大幅度提高在轨卫星的相对姿态测量的精度和鲁棒性，以及空间环境的实时感知能力，在卫星维修、太空垃圾清除、空间态势感知等领域中均可有广泛的应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在操作空间范围内，初始化参数θ0、L0和X0，其中，θ0表示对应于角度参数集合Θ＝{θ1,θ2,θ3}的初始状态，L0表示对应于主动杆长参数集合L＝{L1,L2,L3}的初始状态，L1＝||A2B2||表示A2B2的长度，L2＝||B2C2||表示B2C2的长度，L3＝||A2C2||表示A2C2的长度，X0表示对应于操作臂移动平台的中心位置向量参数集合X＝{Xi|i＝1,…,n}的初始状态，n依赖非对称单模块个数，其中θ1,θ2,θ3为可控参数；
步骤2，通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作；
步骤3，根据Denavit-Hartenberg方程，设计主动杆长参数L＝{L1,L2,L3}与角度参数Θ＝{θ1,θ2,θ3}之间的函数关系；
步骤4，根据前向运动学约束方程，展开为超越方程，利用角度参数的变换，获得致密的多项式方程；
步骤5，根据代数对消方法，利用参数迭代的方式求解最终的多项式方程，由于角度参数约束条件的限制，从多个多项式方程解中获得唯一可行解；
步骤6，根据几何辅助线分析方法，获取关键节点的角度参数表达式，利用多项式方程解，计算角度表达式中的关键节点A2,B2,C2；
步骤7，分析该非对称变结构的几何结构，获得变结构的内在三角拓扑关系；根据变几何桁架操作臂的运动末端位姿向量表达式，计算期望位置和方向；
步骤8，根据上述开环操作过程，利用目标位姿信息，实现目标位姿的初步定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤2通过模块化设计，将多个非对称单模块并联而成的操作臂运动扩展分成多个非对称单模块平移旋转的叠加操作，具体计算过程如下：
其中，
Ti为旋转矩阵，Xi为中心位移矢量，为操作平台方向法向量，通过机器人学相关知识可知，αi实际为地面坐标系绕X轴旋转到与第i节模块底面坐标系X轴重合时所得的角度，βi实际为地面坐标系按照αi旋转后绕Z轴旋转到与第i节模块底面坐标系Z轴重合时所得的角度，其中i＝1,2,…,n。
3.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤3中，根据Denavit-Hartenberg方程，设计主动杆长参数L＝{L1,L2,L3}的各个范数距离与角度参数Θ＝{θ1,θ2,θ3}之间的函数关系具体为：
分别计算出顶点关键A2,B2,C2，可分别表示A2＝A2(θ1),B2＝B2(θ2),C2＝C2(θ3)，即，每个顶点仅依赖一个角度参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤4中，根据步骤3的前向运动学约束方程，利用角度参数的变换，展开为超越方程，
获得致密的多项式方程；
其中，
A＝{Aij|i＝1,2,3,j＝1,2,…,5}表示超越方程通过参数变换得到致密多项式方程的系数集合。
5.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤5)具体为：
利用参数迭代的过程实现最终方程的代数对消，从而获得致密性多项式方程的多个解，进一步根据角度参数约束条件，从存在的多解中获得非对称变几何操作臂的前向运动学唯一解。
6.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，为了简化，a＝||A1B1||表示A1B1的长度，b＝||B1C1||表示B1C1的长度，c＝||A1C1||表示A1C1的长度，A1表示顶点A1的角度，B1表示顶点B1的角度，C1表示顶点C1的角度，所述的步骤6具体计算过程如下：
1)利用几何辅助线方法，坐标点A2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H1，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oa，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I1，其中，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点A2的参数表达式，
2)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点B2,获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H2，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Ob，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I2，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点B2的参数表达式，
3)利用上述相似的几何辅助线方法，坐标点C2可获得过程如下所示：
(1)利用三角形相似性定理，在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，确定构造点的向量H3，
(2)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，构造坐标点Oc，
(3)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，计算坐标点I3，
(4)在绝对坐标系O1-X1Y1Z1中，获取坐标点C2的参数表达式，
7.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，所述的步骤7具体过程如下：
其中,
其中，X为操作臂移动平台的中心位置向量，n为操作臂移动平台的方向法向量；通过设计可控参数θ1,θ2,θ3，并通过利用节点A2,B2,C2的参数表达式，获得非对称操作臂的前向运动学唯一解，操作臂移动平台的旋转与平移矩阵可被获得，进而可确定平台末端位姿期望向量X，n；κ值表示操作臂运动平台的顶点数目，元素{A2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点A2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y -轴，z -轴；元素{B2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点B2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y -轴，z -轴；元素{C2(m)|m＝1,2,3}表示关键节点C2对应于绝对坐标系O1-X1Y1Z1的x-轴，y -轴，z -轴。
8.根据权利要求1所述的一种基于非对称变结构的操作臂前向运动学定位方法，其特征在于，根据步骤8)中的位姿信息对路径规划进行综合显示。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114707274B (zh) * 2022-04-13 2023-08-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种转轴非共面铰链的工作空间的计算方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101130246A (zh) * 2007-09-27 2008-02-27 上海交通大学 安全型机械手臂
CN104933232A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 西安交通大学 一类杆端浮动型六自由度并联机器人带角度补偿的运动学求解方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101130246A (zh) * 2007-09-27 2008-02-27 上海交通大学 安全型机械手臂
CN104933232A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 西安交通大学 一类杆端浮动型六自由度并联机器人带角度补偿的运动学求解方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Development of a Virtual Humanoid Model Using the Denavit-Hartenberg Parameters as a Base for Visual Feedback Applications;Davinia Font .etc;《Advances in Automation and Robotics》;20111231;第639-646页 *
youbot机械臂运动学及仿真;李毫亮等;《机电工程技术》;20141231;第18-21页 *
一种变几何析架机器人运动学建模及轨迹规划算法;姜柏森;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160215;第Ⅰ140-497页 *
三自由度并联平台的运动学和动力学分析;Azouz Radhia;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20120515;第C029-16页 *
八面体变几何桁架机器人的运动学分析及仿真研究;姜柏森等;《制造自动化》;20151231;第20-22、32页 *
医疗机器人总操作臂控制系统的研究;高娜;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20081115;第Ⅰ140-269页 *
并联机器人控制策略的现状和发展趋势;吴博等;《机床与液压》;20051231;第5-8、65页 *
移动机械臂的运动控制与轨迹规划算法研究;郑秀娟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20130215;第Ⅰ140-299页 *

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