利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法

黄昔光; 黄旭; 李启才

doi:10.7652/xjtuxb201701002

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利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法

更新时间：2025-07-09

- 利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法
- Inverse Displacement Solutions of Serial Robot Based on Conformal Geometric Algebra
- 西安交通大学学报 2017年51卷第1期页码：9-12+37
- 作者机构：
  
  北方工业大学机械与材料工程学院,北京,100144
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  : 2016-05-26。作者简介: 黄昔光(1979—),男,博士,副教授。基金项目: 国家自然科学基金资助项目(5110 5003)
- DOI：10.7652/xjtuxb201701002
  中图分类号： TH112
- 网络首发：2017-01-10，
  
  纸质出版：2017
- 稿件说明：
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黄昔光, 黄旭, 李启才. 利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法[J]. 西安交通大学学报, 2017,51(1):9-12+37.

Inverse Displacement Solutions of Serial Robot Based on Conformal Geometric Algebra[J]. 2017, 51(1): 9-12+37.
黄昔光, 黄旭, 李启才. 利用共形几何代数的串联机器人位置逆解求解方法[J]. 西安交通大学学报, 2017,51(1):9-12+37. DOI： 10.7652/xjtuxb201701002.

Inverse Displacement Solutions of Serial Robot Based on Conformal Geometric Algebra[J]. 2017, 51(1): 9-12+37. DOI： 10.7652/xjtuxb201701002.

摘要

为获得串联机器人位置逆解的解析解

使用共形几何代数对串联机器人位置逆解进行了研究。利用共形几何代数中基本几何元素的内积和外积运算

获得串联机器人各关节点的位置

然后通过构造经过关节点的直线与直线以及平面与平面的内积

求解出机器人所有关节转角

从而直接获得了串联机器人位置逆解的解析解。该方法求解简捷

几何直观性好

避免了经典机器人运动学理论中欧拉角、矩阵的运算以及复杂的多元高次非线性方程组求解

求解过程和结果可以明显地反映机器人几何结构与机器人运动之间的几何关系。以一种空间6R串联机器人位置逆解为例进行了求解

算例计算表明该方法正确、有效

计算效率提高了近44倍。

Abstract

To obtain all close-form solutions of the inverse displacement problem of a 6R serial robot

a novel method based on conformal geometric algebra(CGA)is presented. The positions of joint points are obtained by the inner product and outer product of the basic geometric entities in CGA. Then all joint rotating angles are computed by the inner product between line and line or plane and plane

and all closed-form solutions are obtained. The presented algorithm is simple and avoids the computations of rational angles

matrices

and complex nonlinear equations. The computation process and results can interpret geometrically the relationship between the geometric structure and the motion of the robot. Finally

a numerical example is solved by the algorithm and the results show that the algorithm is valid and the computational efficiency is improved by nearly 44 times.

关键词

Keywords

references

熊有伦, 丁汉, 刘恩沧. 机器人学 [M]. 北京: 机械工业出版社, 1993: 54-60.

FREUDENSTEIN F. Kinematics: past, present, and future [J]. Mechanism and Machine Theory, 1973, 8(2): 151-161.

DUFF J. Analysis of mechanisms and robot manipulators [M]. London, UK: Edwart Arnold Ltd., 1980: 56-107.

苏海军, 廖启征, 梁崇高, 等. 基于代数消元的一般6R机械手逆运动学实时算法 [J]. 机器人, 1999, 2l(7): 688-693.

SU Haijun, LIAO Qizheng, LIANG Chonggao, et al. Algebraic elimination algorithm for solving the inverse kinematics of general 6R manipulators [J]. Robot, 1999, 21(7): 688-693.

黄昔光, 廖启征. 空间6R串联机器人机构位置逆解新算法 [J]. 北京航空航天大学学报, 2010, 36(3): 295-298.

HUANG Xiguang, LIAO Qizheng. New algorithm for inverse kinematics of 6R serial robot mechanism [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2010, 36(3): 295-298.

QIAO S, LIAO Q, WEI S, et al. Inverse kinematic analysis of the general 6R serial robot mechanism based on double quaternion [J]. Mechanism and Machine Theory, 2010, 45(2): 193-199.

HESTENES D. New foundations for classical mechanics [M]. New York, USA: Kluwer Academic Publisher, 2002: 2-26.

PERWASS C. Geometric algebra with applications in engineering [M]. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag, 2009: 160-180.

ROSENHAHNG B, SOMMER G. Pose estimation in conformal geometric algebra: part 1 The stratification of mathematical spaces [J]. Journal of Mathematical Imaging and Vision, 2005, 22(5): 27-48.

张立先. 基于几何代数的机构运动学及特性分析 [D]. 河北秦皇岛: 燕山大学, 2008: 48-51.

李海涛,郭俊杰,邓玉芬,等.数控机床几何精度的位姿测量原理.2016,50(11):62-68.[doi:10.7652/xjtuxb201611010]

曹建安,朱鑫,吴昊,等.一种改进的空间全方位旋转角度测量方法.2016,50(10):1-7.[doi:10.7652/xjtuxb201610001]

刘贵杰,刘鹏,穆为磊,等.采用能耗最优改进蚁群算法的自治水下机器人路径优化.2016,50(10):93-98.[doi:10.7652/xjtuxb201610014]

秦友蕾,曹毅,陈海,等.两移动三转动完全解耦混联机器人机构型综合.2016,50(1):92-100.[doi:10.7652/xjtuxb2016 01015]

刘冠初,熊静琪,乔林,等.四足机器人自由步态规划建模与算法实现.2015,49(6):84-89.[doi:10.7652/xjtuxb201506 014]

闫志远,杜志江,吴冬梅.手术机器人运动再现及最优布置系统.2013,47(12):116-122.[doi:10.7652/xjtuxb201312020]

张晓艳,孙建桥,丁千.五自由度机械臂的运动学分析及时滞控制.2013,47(10):103-108.[doi:10.7652/xjtuxb201310 018]

杨德伟,冯祖仁,张翔.新型三臂巡线机器人机构设计及运动分析.2012,46(9):43-48.[doi:10.7652/xjtuxb201209009]

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