目標導(dǎo)向的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)運動控制方法研究.pdf

1、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)是在自然界及人造機械中普遍存在的結(jié)構(gòu)。在計算機動畫和數(shù)控機床的研究中均涉及到關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的建模和運動控制。正向運動學(xué)和逆向運動學(xué)是兩種典型的運動控制方法。逆向運動學(xué)是一種目標導(dǎo)向的運動控制方法,通常的解法有牛頓迭代法、偽逆矩陣法、SR逆矩陣法、阻尼最小二乘法等基于非線性方程的方法,以及循環(huán)坐標下降法、時空約束、動力學(xué)約束等基于優(yōu)化的方法。在此基礎(chǔ)上還有各類利用冗余自由度來滿足關(guān)節(jié)鏈約束或完成第二任務(wù)的逆向運動學(xué)方法。這些方法為關(guān)節(jié)結(jié)

2、構(gòu)進一步的運動學(xué)建模和求解建立了基礎(chǔ)。
　　首先在傳統(tǒng)的點逆向運動學(xué)基礎(chǔ)上提出了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的曲線逆向運動學(xué)算法,針對關(guān)節(jié)鏈的末端效應(yīng)器沿曲線運動的情形,建立了高維的關(guān)節(jié)角度空間中關(guān)節(jié)鏈運動曲線與三維的末端效應(yīng)器運動軌跡之間的直接聯(lián)系,推導(dǎo)出了關(guān)節(jié)鏈運動曲線的遞推公式,進一步給出了誤差控制方法,提出了完整的算法流程,并實現(xiàn)了雅可比加權(quán)最小范數(shù)偽逆方法(WeightedLeast-Norm,WLN)在曲線逆向運動學(xué)算法中的重用。

3、　　在傳統(tǒng)的五軸機床運動學(xué)模型基礎(chǔ)上,引入刀具運動鏈來描述刀具幾何形狀在加工中的運動偏移作用,用以替代傳統(tǒng)的刀觸點偏置算法,提出了機床-刀具運動鏈模型及相應(yīng)的運動控制算法。刀具子運動鏈與機床運動鏈的表示形式一致,提供額外的兩個被動自由度,使本章提出的五軸機床運動模型在描述刀觸點時能夠更充分地發(fā)揮五軸加工的靈活性。
　　提出了一種基于空間聚類的逆向運動學(xué)算法,采用基于數(shù)學(xué)的建模方法,將正向運動學(xué)看作關(guān)節(jié)角度空間中的點到末端效應(yīng)器位置

4、空間中點的映射,將逆向運動學(xué)看作末端效應(yīng)器位置空間中的點到關(guān)節(jié)角度空間中點的映射,進而提出了一種基于聚類的逆向運動學(xué)算法。該方法采用雙層繼承結(jié)構(gòu)模型(HierarchicalInheritModel),對末端位置空間和關(guān)節(jié)角度空間中的點集分別進行聚類,并建立聚類之間的對應(yīng)關(guān)系作為運動模型。
　　提出了一個基于運動捕捉數(shù)據(jù)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的運動合成系統(tǒng),可以根據(jù)足跡來合成人體行走動畫。該系統(tǒng)能夠從運動捕捉數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵幀和步態(tài)參數(shù),用于